21 | 07 | 2018
Главное меню
Смотри
replace_in_text_segment($text); echo $text; ?> Связной
Статистика
Пользователи : 1
Статьи : 3765
Просмотры материалов : 8736253

Коллеги
Посетители
Рейтинг@Mail.ru
Советую
Online
  • [Bot]
  • [Yandex]
Сейчас на сайте:
  • 25 гостей
  • 2 роботов
Новые пользователи:
  • Administrator
Всего пользователей: 1
RSS
Подписка на новости
Шпионские штучки PDF Печать E-mail
Автор: Administrator   
02.01.2017 10:51

Шпигунські штучки



Михайло Васильович Адаменко
Шпигунські штучки або секрети таємницею радіозв'язку

Від автора

Шановні читачі!

Перш ніж ви почнете читати цю книгу, вважаю за необхідне ознайомити вас з наступною інформацією.

Будь-які оцінки, думки, рекомендації, висловлені в цій книзі, є особистими оцінками, думками автора і не можуть розглядатися як реклама або антиреклама.

Автор намагався надавати точну і перевірену інформацію, проте не може гарантувати повну достовірність викладених у книзі матеріалів, схем і малюнків. Пропоновані опису фізичних процесів і принципів функціонування, визначення та роз'яснення не претендують на академічну точність, оскільки дана книга є не підручник, а популярне видання, призначене для широкого кола читачів, часто котрі мають досить глибокими знаннями даної тематики.

Посилання, а також інші відомості даються виключно в інформаційних цілях.

Вся інформація, викладена в даній книзі, наводиться «як є» (as is) з можливими помилками, без гарантій будь-якого виду, прямо так і непрямих. Тому ні автор, ні видавництво не несуть відповідальність за можливі наслідки, спричинені використанням наведених в даній книзі матеріалів, малюнків, схем та іншої інформації, в тому числі за будь-які прямі або непрямі збитки, що виникли в результаті практичного або теоретичного застосування відомостей, викладених у цій книзі.

Використання малюнків та схем, що приводяться в цій книзі, а також іншої викладеної в ній інформації здійснюється читачем на власний страх і ризик з покладанням на нього відповідальності за всі можливі наслідки, в тому числі за виниклі у нього або у третіх осіб прямі або непрямі збитки.


З повагою та найкращими побажаннями,

М.В. Адаменко

Передмова

Одним з найбільш перспективних напрямків сучасної радіоелектроніки, без сумніву, є розробка і створення високочастотної апаратури радіозв'язку, бурхливому розвитку якого не змогло перешкодити навіть поява систем мобільної телефонії та супутникового зв'язку. Природно, особливий інтерес до високочастотної техніки проявляють і радіоаматори. В даний час в спеціалізованій літературі, що реагує на підвищений попит до даної теми, постійно публікуються опису різних конструкцій, починаючи від найпростіших радіомікрофонів (так званих «жучків») і закінчуючи порівняно складними системами радіозв'язку.

На жаль, досить істотним недоліком більшості пропонованих увазі зацікавлених читачів публікацій є практично повна відсутність опису не тільки теоретичних основ протікають при роботі таких пристроїв фізичних процесів, але і основоположних принципів функціонування окремих вузлів і каскадів. У той же час стиль викладу відповідної інформації в посібниках, призначених для студентів середніх та вищих спеціальних навчальних закладів, не завжди зрозумілий і доступний в першу чергу початківцям радіоаматорам, часто не мають достатньої спеціальної теоретичної підготовки.

В результаті багато радіоаматори не мають можливість отримати цікаву для них інформацію з питань, що стосуються особливостей схемотехнік, застосовуваних у сучасних засобах радіозв'язку, в тому числі і в транзисторних радіопередавальних пристроях, принципів їх роботи, основних технічних параметрів і можливостей. Відсутність необхідної інформації перешкоджає радіоаматорам отримати відповідні теоретичні знання і практичні навички, необхідні не тільки для повторення описуваних в спеціалізованій літературі пристроїв, але і для розробки власних конструкцій.

У пропонованій увазі читачів книзі автор постарався зібрати і узагальнити основні відомості, що стосуються особливостей схемотехнік, найбільш часто застосовуються при розробці мініатюрних транзисторних радіопередавальних пристроїв. У відповідних розділах окремих глав наводиться інформація про принципи дії та особливості функціонування окремих вузлів і каскадів, принципові схеми, а також інші відомості, необхідні при самостійному конструюванні простих радіопередавачів і радіомікрофонів. Окремий розділ присвячений розгляду практичних конструкцій простих транзисторних мікропередавач для систем зв'язку малого радіусу дії.

Необхідно відзначити, що мініатюрні радиопередающие пристрої, конструкції яких розглянуті в даній книзі, можуть використовуватися на цілком законних підставах у складі домашніх систем зв'язку, призначених для прослуховування приміщень в будинку або квартирі. Такі мікропередавачі можуть застосовуватися, наприклад, для прослуховування дитячої кімнати або в складі системи сигналізації для отримання звукового сигналу з приміщення, що охороняється. Мініатюрні радиопередающие пристрої можуть використовуватися в будинках і на дачних ділянках в складі бездротового дзвінка або интеркома. Крім цього радіомікрофони, що відрізняються від простих мікропередавач більш якісної передачею звукового сигналу, застосовуються, наприклад, при озвучуванні презентацій, дискотек та інших масових заходів.

Звичайно ж, недобросовісні громадяни можуть спробувати застосувати описані далі радіопередавачі для несанкціонованого прослуховування. Однак таким «радіоаматорам» автор рекомендує пам'ятати про можливі вельми несприятливі наслідки.

Увага! Застосування будь-якої з описуваних далі конструкцій в якості спеціального технічного засобу для негласного отримання інформації або несанкціонованого прослуховування, а також її виробництво, збут і / або придбання (в тому числі і з метою збуту), ввезення та вивезення для здійснення зазначених діянь переслідується відповідно до чинним адміністративним і кримінальним законодавством Російської Федерації.

Список скорочень і позначень

АМ амплітудна модуляція

АМ-діапазон діапазон довгих і середніх хвиль

АПЧ АПЧ

АЧХ амплітудно-частотна характеристика

ВЧ висока частота

ВЧ-генератор генератор коливань високої частоти

ВЧ-сигнал сигнал високої частоти

ВЧ-підсилювач підсилювач сигналів високої частоти

ДВ довгі хвилі

ДН діаграма спрямованості

ККД коефіцієнт корисної дії

МУ мікрофонний підсилювач

НЧ низька частота

НЧ-сигнал сигнал низької частоти

НЧ-підсилювач підсилювач сигналів низької частоти

ООС негативний зворотний зв'язок

ОС зворотний зв'язок

ПОС позитивний зворотний зв'язок

СВ середні хвилі

УВЧ підсилювач сигналів високої частоти

УКХ ультракороткі хвилі

УКХ-діапазон діапазон 64,0-74,0 МГц

УНЧ підсилювач сигналів низької частоти

ЧС частотна модуляція

FM частотна модуляція

FM-діапазон діапазон 88,0-108 МГц

GND шина корпусу (загальний провід)

IN вхід

LW довгі хвилі

MW середні хвилі

OUT вихід

SA вимикач

WA антена

1. Мікрофони

У малогабаритних радиопередатчиках безпосереднє перетворення звукових коливань або акустичних сигналів в електричний сигнал здійснюється за допомогою спеціальних акустико-електричних перетворювачів. Найчастіше в ролі таких перетворювачів виступають добре відомі мікрофони різних типів, що забезпечують перетворення енергії акустичних коливань навколишнього середовища в змінний електричний струм звукової частоти. У цьому розділі розглядаються особливості застосування деяких типів мікрофонів в мініатюрних транзисторних радіопередавальних пристроях.

У спеціалізованій літературі і в мережі Інтернет можна знайти чимало описів конструкцій радіопередавачів, в яких в якості подібних перетворювачів використовуються і інші пристрої, наприклад, динамічні головки гучномовців. Однак розгляд основних принципів їх функціонування виходить за рамки даної книги.

1.1. Загальні відомості

Правильний вибір і коректна експлуатація мікрофона для радіосигнали пристрою неможливі без знання деяких основних зведень про нього. Тому в даному розділі викладені основні критерії класифікації мікрофонів, а також розглянуті конструктивні особливості деяких типів мініатюрних мікрофонів, що застосовуються в транзисторних мікропередавач. Особливу увагу приділено основним параметрам і характеристикам, які мають вирішальне значення при виборі мікрофона для створюваної в радіоаматорських умовах конструкції. Необхідно відзначити, що докладний опис теоретичних основ функціонування мікрофонів різних типів, на жаль, виходить за рамки пропонованого видання в зв'язку з його обмеженим обсягом. Тому принципи роботи таких пристроїв будуть розглянуті дуже спрощено, не претендуючи на академічну точність.

Призначення, принцип дії і складові частини

Мікрофон, який використовується в мініатюрному радіопередавальному пристрої, а також в звукозаписної і звуковідтворювальної апаратури, призначений для перетворення акустичного сигналу в електричний низькочастотний сигнал. В процесі реалізації такого перетворення на вхід мікрофона надходить акустичний сигнал, а на його виході формується електричний сигнал відповідної частоти. Іншими словами, мікрофон являє собою спеціальний пристрій, за допомогою якого здійснюється перетворення енергії акустичних коливань повітряного чи іншої навколишнього середовища в електричну енергію сигналів звукової частоти.

Принцип дії звичайного мікрофона дуже простий і полягає в тому, що акустичний сигнал, що виявляється у вигляді відповідної зміни акустичного тиску, впливає на чутливий механічний елемент спеціального акустико-електричного або механіко-електричного перетворювача, що є основним елементом будь-якого мікрофона. Як такий елемент може виступати, наприклад, мембрана з діафрагмою. Переміщення механічного елемента в просторі реєструється електричної частиною перетворювача, де відбувається безпосереднє формування електричного сигналу звукової частоти. Крім акустико-електричного перетворювача до складу конструкції мікрофона входять і інші функціональні вузли, що забезпечують його роботу з необхідними параметрами і характеристиками.

Таким чином, конструктивно практично будь-який мікрофон можна уявити як пристрій, який складається з акустико-електричного перетворювача з чутливим елементом (наприклад, мембрана з діафрагмою), арматури (корпус та інші елементи механічної конструкції), узгоджувального пристрою і допоміжних вузлів (наприклад, кабелі та роз'єми). Крім цього, до складу, наприклад, конденсаторних мікрофонів входить спеціальний джерело живлення. Відповідні ланцюга харчування і підсилювальні каскади є невід'ємною частиною мікрофонів з вбудованим підсилювачем.

У процесі перетворення акустичного сигналу в електричний сигнал в окремих функціональних вузлах мікрофона відбуваються певні фізичні процеси, відповідно до яких практично будь-який сучасний мікрофон можна уявити як сукупність функціональних каскадів або ланок. Першим з них є приймач звукових або акустичних коливань, що забезпечує проходження звукових хвиль, що надходять з певного напряму, на наступні вузли мікрофона. Цей вузол визначає характеристику спрямованості мікрофона. Далі звукові хвилі проходять на спеціальний каскад, який часто називають акустико-механічним ланкою, від параметрів якого в значній мірі залежить частотна характеристика чутливості мікрофона. Безпосереднє перетворення механічних коливань в електричні хвилі відбувається в так званому електромеханічному перетворювачі, від параметрів якого залежить чутливість мікрофона. Узгодження вихідних характеристик цього перетворювача з вхідними характеристиками подальшого підсилювального каскаду забезпечує спеціальний вихідний електричний каскад, який в деяких моделях мікрофонів може використовуватися для коригування амплітудно-частотної характеристики.

Класифікація мікрофонів

У спеціалізованій радіотехнічної літературі можна знайти різні критерії і, відповідно, системи класифікації мікрофонів. Однак обмежений обсяг даної книги не дозволяє докладно розглянути навіть деякі з них. Тому далі зупинимося лише на найважливіших умовах і ознаках, найчастіше використовуваних в якості основи для класифікації мікрофонів, що застосовуються в мініатюрних радиопередатчиках.

Одним з основних критеріїв, що застосовуються при класифікації мікрофонів, є спосіб впливу звукових коливань на чутливий елемент акустико-електричного перетворювача. Часто класифікацію за таким принципом називають класифікацією за типом приймача. Відповідно до цього критерію мікрофони діляться на приймачі тиску, приймачі градієнта тиску, комбіновані приймачі та приймачі із змінною діаграмою спрямованості.

У приймачах тиску вплив акустичного сигналу і, відповідно, акустичного тиску на чутливий елемент може здійснюватися тільки з одного напрямку, а саме з боку джерела звукового сигналу або з фронтальної сторони. У таких мікрофонах амплітуда переміщення чутливого елемента не залежить від напрямку і віддаленості джерела сигналу, а тільки від величини акустичного тиску. Приймачі тиску зазвичай мають кругову або витягнуту діаграму спрямованості і часто називаються ненаправленими мікрофонами.

Використання спеціальних конструктивних рішень в приймачах градієнта тиску забезпечує можливість впливу акустичного сигналу на чутливий елемент не тільки з фронтальної, але і з тильної сторони. При цьому амплітуда переміщення чутливого елемента не залежить від величини акустичного тиску, а визначається лише різницею величин тисків перед чутливим елементом і за ним. Чим більше ця різниця (перепад тиску або градієнт), тим більше переміститься, наприклад, мембрана. Таким чином, у приймачів градієнта тиску, часто званих градієнтними мікрофонами, відхилення положення чутливого елемента і, відповідно, величина вихідної напруги в певній мірі залежать від напрямку на джерело акустичного сигналу. Ця залежність визначає форму діаграми спрямованості. Залежно від конструктивних особливостей градієнтні мікрофони мають діаграму спрямованості в формі так званої «вісімки» і часто називаються мікрофонами з двосторонньої діаграмою спрямованості.

У комбінованих приймачах або комбінованих мікрофонах, що представляють собою комбінацію механічних конструкцій найчастіше двох мікрофонів, за допомогою спеціальних конструктивних рішень вдається отримати односторонню діаграму спрямованості. Так, наприклад, спільне використання в одному корпусі приймача тиску і приймача градієнта тиску дозволяє складанням їх діаграм спрямованості кругової форми і «вісімки» сформувати діаграму в формі кардіоїди, тобто діаграму з односторонньою спрямованістю.

В окрему групу, на думку автора, слід виділити мікрофони зі змінною діаграмою спрямованості. Необхідно відзначити, що деякі фахівці вважають мікрофони зі змінною ДН лише різновидом комбінованих мікрофонів, оскільки і в тому, і в іншому випадку конструктивна або механічна частина таких пристроїв є комбінацією двох мікрофонів. Однак подібне об'єднання в одну групу комбінованих мікрофонів і мікрофонів зі змінною діаграмою спрямованості можна вважати досить спірним. Справа в тому, що в комбінованих мікрофонах жорстко пов'язані між собою не тільки механічні елементи, але і «жорстко» об'єднані і незмінні електричні схеми включення електромеханічних перетворювачів. В мікрофонах зі змінною діаграмою спрямованості, конструктивно також складаються зазвичай з двох мікрофонів, зміна форми діаграми спрямованості досягається комбінуванням і / або корекцією електричних ланцюгів їх включення. Іншими словами, при експлуатації мікрофона зі змінною діаграмою спрямованості користувач має можливість самостійно вибрати форму діаграми спрямованості наявного в його розпорядженні мікрофона. При роботі з комбінованим мікрофоном така можливість у користувача відсутня.

Мікрофони діляться на певні групи і в залежності від форми діаграми спрямованості, яка представляє собою залежність чутливості мікрофона від кута, утвореного акустичної віссю мікрофона і віссю джерела акустичного сигналу. Іншими словами, діаграму або характеристику спрямованості можна визначити як залежність чутливості мікрофона на заданій частоті від кута падіння звукової хвилі. За цим критерієм мікрофони поділяються на ненаправлення (з круговою або витягнутої діаграмою спрямованості), з двосторонньої спрямованістю (діаграма в формі «вісімки»), з кардіоїдної спрямованістю (з діаграмою спрямованості в формі кардіоїди), а також гостронаправлені мікрофони. У гостронаправлених мікрофонах відповідна форма діаграми спрямованості досягається різними способами, розгляд яких виходить за рамки даної книги.

Залежно від типу електромеханічного перетворювача мікрофони поділяються на електромагнітні, вугільні, п'єзоелектричні, конденсаторні та електродинамічні. У мініатюрних передавачах найчастіше застосовуються електродинамічні (динамічні) і конденсаторні (електростатичні) мікрофони.

Електродинамічні мікрофони, часто звані динамічними, в залежності від конструктивних особливостей застосовуваного в них електромеханічного перетворювача, діляться на котушкові і стрічкові. У котушкові мікрофонах бескаркасная циліндрична котушка, прикріплена до діафрагми, поміщена в магнітне поле постійного магніту. При її переміщенні внаслідок впливу акустичних коливань в котушці індукується електрорушійна сила відповідної величини і спрямованості. У стрічкових мікрофонах як рухомого елемента застосовується гофрований металева стрічка, встановлена ​​міжполюсними наконечниками постійного магніту. Ця стрічка одночасно є провідником струму і рухомий системою перетворювача.

Основу електромеханічного перетворювача конденсаторних (електростатичні) мікрофонів становлять рухливий і нерухомий електроди, які утворюють обкладки конденсатора. Рухомий електрод конструктивно виконується у вигляді мембрани з металевої фольги або металізованої полімерної плівки. Ця мембрана коливається під дією акустичних коливань, що призводить до відповідної зміни ємності електромеханічного перетворювача по відношенню до стану спокою.

На особливу увагу заслуговують набули широкого поширення так звані електретних конденсаторні мікрофони. У них мембрана виконана з металізованої з зовнішньої сторони полімерної електретний плівки, яка поляризується і зберігає поверхневий заряд порівняно довгий час. Вихідний опір електростатичних мікрофонів має значну величину, тому в їх склад включається спеціальний узгоджувальний каскад, який також забезпечує і посилення сигналу. Харчування цього каскаду здійснюється від зовнішнього джерела постійної напруги, тому схеми включення таких мікрофонів мають певні особливості.

Серед радіоаматорів вельми популярні часто використовувані і в радіоаматорських конструкціях транзисторних мікропередавач так звані капсульні електретних мікрофони вітчизняного виробництва типів МСЕ-332 і МСЕ-333 різних модифікацій, а також електретних мікрофони зарубіжного виробництва, наприклад, типів МСЕ100, МСЕ101 і SZN-15E.

Більш детальну інформацію про принцип роботи і конструктивні особливості електродинамічних і електростатичних мікрофонів зацікавлений читач може знайти в спеціалізованій літературі.

Основні технічні характеристики

При виборі мікрофона для мініатюрного радіосигнали пристрою крім зазначених вище конструктивних особливостей електромеханічних перетворювачів слід враховувати й інші характеристики мікрофона. Серед них особливе місце займають чутливість, частотна характеристика і номінальний діапазон частот, а також модуль повного електричного опору і вже згадувана форма діаграми спрямованості.

Під чутливістю мікрофона розуміється співвідношення його вихідної напруги і акустичного тиску, яке стало ініціатором появи цієї напруги. Зазвичай чутливість виражається в В / Па або в мВ / Па. У спеціалізованій літературі нерідко можна зустріти вираз виміряної чутливості в дБ по відношенню до базового рівня 1 В / Па.

Чутливість мікрофона є характеристикою, що залежить від частоти, і зазвичай нормується на частоті 1000 Гц. Наприклад, у електретних мікрофонів вітчизняного виробництва типів МСЕ-332 і МСЕ-333 чутливість, в залежності від модифікації, становить від 3 мВ / Па до 24 мВ / Па. У імпортного електретного мікрофона типу МСЕ100 чутливість не гірше 5 мВ / Па, а біля мікрофона SZN-15E ця характеристика не гірше 58 мВ / Па.

Частотна характеристика мікрофона є залежність його вихідної напруги від частоти акустичного сигналу при постійній величині акустичного тиску. Зазвичай частотна характеристика вимірюється на робочої осі мікрофона, тобто у напрямку його максимальної чутливості. Тому така характеристика нерідко називається осьової або фронтальної. Частотна характеристика мікрофона зазвичай вказується в його паспортних даних. При необхідності її можна знайти в довідковій літературі або в мережі Інтернет.

Чимале значення мають і такі параметри мікрофона, як нерівномірність його частотної характеристики, яка вимірюється в дБ, а також номінальний діапазон частот. У вітчизняних електретних мікрофонів типів МСЕ-332 і МСЕ-333 нижня межа номінального діапазону частот, в залежності від модифікації, знаходиться в межах від 50 Гц до 100 Гц, а верхня межа - в межах від 12 кГц до 15 кГц. Імпортний електретний мікрофон типу МСЕ100 має номінальний діапазон частот від 50 Гц до 12000 Гц, а біля мікрофона типу SZN-15E номінальний діапазон частот становить від 80 Гц до 15000 Гц. Нерівномірність частотної характеристики електретних мікрофонів зазвичай знаходиться в межах від 1 дБ до 3 дБ.

Модуль повного електричного опору або імпеданс мікрофона є величину опору на його вихідних контактах. Знання цієї величини дозволяє визначити необхідну вхідну опір каскаду, до входу якого передбачається підключити мікрофон, наприклад, мікрофонного підсилювача, забезпечивши оптимальне узгодження. Модуль повного електричного опору мікрофона є характеристикою, що залежить від частоти, і зазвичай нормується на частоті 1000 Гц. Наприклад, у електретних мікрофонів вітчизняного виробництва типу МСЕ-332 і МСЕ-333, як і у імпортного мікрофона типу МСЕ100 модуль повного електричного опору становить близько 600 Ом.

При розробці низькочастотного тракту мініатюрних транзисторних радіопередавачів і радіомікрофонів вхідний опір наступного каскаду (мікрофонного підсилювача) вибирається в 5-10 разів більшим, ніж імпеданс мікрофона. Використання в якості навантаження мікрофона каскаду із занадто малим вхідним опором призводить до спотворення частотної характеристики, збільшення спотворень, а також до зниження співвідношення сигнал / шум.

Діаграма спрямованості мікрофона є залежність його чутливості від кута, утвореного акустичної віссю мікрофона і віссю джерела акустичного сигналу. Таким чином, діаграму або характеристику спрямованості можна представити як залежність чутливості мікрофона на заданій частоті від кута падіння звукової хвилі. Форма діаграми спрямованості може бути різною, наприклад, кругова або витягнута у ненапрямлених мікрофонів, у формі «вісімки» у мікрофонів з двосторонньої спрямованістю, в формі кардіоїди і т. П. Вже згадуваний мікрофон типу МСЕ-332 має діаграму з односторонньою спрямованістю, а мікрофон типу МСЕ-333 є ненаправленим, форма його діаграми спрямованості близька до кругової.

При виборі мікрофона для низькочастотного тракту мініатюрних радіопередавальних пристроїв особливу увагу слід звернути, крім розглянутих вище параметрів, на його масу і габаритні розміри, а також на певні конструктивні особливості. Не слід забувати і про те, що конструктивно мікрофони можуть відрізнятися один від одного кількістю і конструкцією висновків. Необхідно відзначити, що динамічні мікрофони, в порівнянні з конденсаторними мікрофонами, більш чутливі до впливу вібрацій, як і спрямовані мікрофони в порівнянні з приймачами тиску.

1.2. Особливості застосування мікрофонів

В процесі розробки малогабаритних радіопередавальних пристроїв, в яких перетворення акустичного сигналу в низькочастотний електричний сигнал здійснюється за допомогою мініатюрних мікрофонів, слід враховувати характерні особливості застосовуваних мікрофонів. Ці особливості полягають, в першу чергу, в необхідності використання відповідних кіл підключення і узгодження з подальшими каскадами. Крім цього, при застосуванні електростатичного мікрофона до складу конструкції слід ввести каскад, що забезпечує формування напруги живлення цього мікрофона.

Підключення та узгодження

В даний час в малогабаритних транзисторних радіопередавальних пристроях застосовуються мікрофони різних типів, але найчастіше розробники віддають перевагу динамічним, конденсаторним і електретний мікрофонів. При цьому вибір мікрофона здійснюється з урахуванням його технічних характеристик і параметрів, основними з яких є чутливість, номінальний діапазон частот, характеристика спрямованості, модуль повного електричного опору, а також маса, габаритні розміри і т. П. Для конденсаторних мікрофонів не менш важливою характеристикою є рівень еквівалентного звукового тиску.

При підключенні мікрофона до входу наступного каскаду, наприклад, до входу мікрофонного підсилювача, крім певних електричних параметрів самого мікрофона (імпеданс і напруга) слід враховувати вхідні характеристики навантаження (вхідний опір і чутливість, наприклад, мікрофонного підсилювача). Оскільки в паспортних даних чутливість мікрофона вказується для так званого режиму холостого ходу (без навантаження), то вхідний опір наступного каскаду повинно бути в 5-10 разів більше, ніж модуль повного електричного опору мікрофона.

Так звані низькоомні котушкові динамічні мікрофони, чутливість яких становить зазвичай від 1 мВ / Па до 3 мВ / Па, найчастіше мають вихідний опір в межах від 50 Ом до 200 Ом і забезпечують формування вихідної напруги величиною від декількох мілівольт до 25 мВ. Тому при використанні такого мікрофона наступний каскад повинен мати відповідну чутливість (не гірше 0,5 мВ) і порівняно високий вхідний опір (не менше 1 кОм). Якщо ж чутливість, наприклад, мікрофонного підсилювача буде гірше, то для узгодження можна використовувати мікрофонний трансформатор.

Високоомні котушкові динамічні мікрофони, мають чутливість до 10 мВ / Па при вихідному опір близько 47 кОм, забезпечують формування вихідної напруги величиною до декількох десятків мілівольт. Можливість приєднання до виходу таких мікрофонів каскад повинен мати чутливість не гірше 5 мВ і вхідний опір не менше 100 кОм. Деякі типи високоомних котушкові динамічних мікрофонів мають вбудований трансформатор,, а відповідний перемикач дозволяє користувачеві вибрати величину вихідного опору (низькоомним або високоомний вихід).

Необхідно відзначити, що існують котушкові динамічні мікрофони, в яких можна вибрати і так зване середнє значення вихідного опору (від 400 Ом до 5000 Ом). Чутливість таких мікрофонів зазвичай становить від 3 мВ / Па до 5 мВ / Па при максимальному вихідному напрузі до 50 мВ. Спільно зі среднеомнимі динамічними мікрофонами слід використовувати мікрофонний підсилювач з чутливістю не гірше 3 мВ і вхідним опором від 4 кОм до 25 кОм.

Стрічкові електродинамічні мікрофони, чутливість яких складає 0,1 мВ / Па, мають вихідний опір близько 200 Ом і забезпечують формування вихідної напруги величиною від декількох мілівольт до 10 мВ. Можливість приєднання до виходу таких мікрофонів каскад повинен мати чутливість не гірше 0,3 мВ і вхідний опір не менше 1 кОм.

Широко застосовуються в транзисторних мікропередавач електретних конденсаторні мікрофони, які мають чутливість від 1 мВ / Па до 10 мВ / Па при вихідному опір від 600 Ом до 3 кОм, забезпечують формування вихідної напруги величиною до 100 мВ. Тому наступний каскад повинен мати чутливість від 0,5 мВ до 5 мВ при вхідному опорі від 4,7 кОм до 15 кОм.

На особливу увагу заслуговують схемотехнічні рішення, використовувані при розробці ланцюгів підключення електродинамічного або електростатичного мікрофона до вхідного каскаду мікрофонного підсилювача.

Схеми підключення динамічного мікрофона не відрізняються особливою складністю і в найпростішому варіанті виглядають так, як показано на рис. 1.1. Паралельно висновків динамічного мікрофона ВМ1 може бути підключений конденсатор С1 ємністю близько 100 пФ, що забезпечує придушення високочастотних сигналів (рис. 1.1б).


Мал. 1.1. Принципові схеми підключення електродинамічного мікрофона до вхідного каскаду мікрофонного підсилювача


Для узгодження вихідного опору динамічного мікрофона з вхідним опором мікрофонного підсилювача до складу схеми іноді включається спеціальний узгоджувальний резистор R1 так, як показано на рис. 1.2.


Мал. 1.2. Принципові схеми підключення електродинамічного мікрофона і узгоджувального резистора до вхідного каскаду мікрофонного підсилювача


Резистор R1 може включатися послідовно (рис. 1.2а) або паралельно (рис. 1.2б) мікрофона ВМ1. Величина опору цього резистора і варіант його включення вибираються в залежності від параметрів застосованого динамічного мікрофона і вхідних характеристик мікрофонного підсилювача, і може становити від десятків ом до десятків кіло. Необхідно відзначити, що при паралельному включенні резистор R1 перешкоджає можливому самозбудження мікрофонного підсилювача при відключенні мікрофону від вхідного каскаду.

Однією з особливостей електростатичних (конденсаторних) мікрофонів є порівняно велику вихідну опір, тому в їх склад включається спеціальний узгоджувальний каскад, який також забезпечує і посилення сигналу. Харчування цього каскаду здійснюється від зовнішнього джерела постійної напруги, тому схеми включення таких мікрофонів мають певні особливості. У транзисторних мікропередавач для підключення електростатичного (конденсаторного) мікрофону до вхідного каскаду мікрофонного підсилювача найчастіше використовуються схемотехнічні рішення, зображені на рис. 1.3.


Мал. 1.3. Принципові схеми підключення електростатичного (конденсаторного) мікрофону до вхідного каскаду мікрофонного підсилювача


При використанні електретних мікрофонів вітчизняного виробництва з трьома гнучкими висновками (проводами) синій провід підключається до позитивної шині ланцюга харчування, червоний провід - до шини корпусу ( «мінус» ланцюга харчування), а білий провід повинен бути підключений до входу мікрофонного підсилювача.

Конструктивною особливістю багатьох типів електретних мікрофонів є наявність не трьох, а всього лише двох висновків або контактних майданчиків. При використанні таких мікрофонів схеми його підключення будуть виглядати так, як зображено на рис. 1.4.


Мал. 1.4. Принципові схеми підключення електретного мікрофона з двома висновками до вхідного каскаду мікрофонного підсилювача


Ланцюги формування напруги живлення

У процесі розробки, створення і проведення експериментів з електростатичними мікрофонами, що входять до складу низькочастотного тракту Мікропотужні радіопередавальних пристроїв, особливу увагу слід приділити ланцюгах харчування таких мікрофонів. Харчування транзисторних мікропередавач найчастіше здійснюється постійною напругою, як джерело якого використовуються звичайні батарейки напругою від 1,5 В до 12 В. Тому в розглянутих схемах відсутні ланцюга стабілізації. У той же час напруга живлення безпосередньо самого мікрофона може бути значно нижче. Наприклад, у електретних мікрофонів вітчизняного виробництва типу МСЕ-332 і МСЕ-333 напруга живлення може становити від 1,5 В до 9В, у імпортного мікрофона типу МСЕ100 - від 1,5 В до 10 В, а біля мікрофона типу SZN-15E ця характеристика знаходиться в межах від 3 в до 10 В. Тому напруга живлення на електростатичний (конденсаторний) мікрофон подається від ланцюга харчування всього пристрою через понижуючий резистор R1. Величина опору цього резистора залежить як від значення номінального напруги живлення самого конденсаторного (електретного) мікрофона, так і від величини напруги джерела живлення всієї конструкції.

Номінальна напруга живлення більшості мініатюрних конденсаторних (електретних) мікрофонів знаходиться в межах від 1,5 В до 3 В при споживаної струмі від 0,1 мА до 0,6 мА. Тому опір резистора R1 може становити від десятків ом до десятків кіло. Особливо необхідно відзначити, що при повторенні розглянутих далі конструкцій і проведенні експериментів з ними не слід сліпо керуватися номіналом цього резистора, зазначеним на принциповій схемі. Величину опору резистора R1 в кожному конкретному випадку слід вибирати з урахуванням параметрів наявного в розпорядженні радіоаматора мікрофона.

У переважній більшості моделей або типів електретних мікрофонів харчування подається на позитивний контакт або висновок, позначений знаком +. При цьому висновок шини корпусу з'єднується з негативним контактом джерела живлення. Однак слід пам'ятати про те, що існують електретних мікрофони як вітчизняного, так і імпортного виробництва, в яких харчування подається на негативний контакт або висновок, а висновок шини корпусу з'єднується з позитивним контактом джерела живлення. Тому перед практичним використанням обраного мікрофона рекомендується уважно вивчити особливості його харчування, що додається паспорту або за довідковими матеріалами.

На жаль, обмежений обсяг пропонованого видання не дозволяє розглянути всі конструктивні особливості, характеристики і схеми включення мікрофонів, використовуваних при розробці мініатюрних радіопередавальних пристроїв. Необхідну додаткову інформацію зацікавлені читачі можуть знайти в спеціалізованій літературі і в мережі Інтернет.

2. Мікрофонні підсилювачі

У простих малогабаритних радіопередавальних пристроях, виконаних на транзисторах, що формуються на виході мікрофона низькочастотні коливання звукової частоти зазвичай подаються безпосередньо на модулятор. Однак в більш складних конструкціях до складу низькочастотного тракту включається додатковий підсилювальний каскад. На його вхід подається НЧ-сигнал, сформований мікрофоном, тому такі підсилювальні каскади часто називають мікрофонними підсилювачами. На жаль, докладний опис теоретичних основ функціонування мікрофонних підсилювачів, виходить за рамки пропонованого видання в зв'язку з його обмеженим обсягом. Тому далі принципи роботи таких пристроїв будуть розглянуті дуже спрощено, не претендуючи на академічну точність.

2.1. Призначення і основні характеристики мікрофонного підсилювача

Головним завданням, розв'язуваної мікрофонними підсилювачами, застосовуваними в мініатюрних радиопередатчиках, є забезпечення посилення низькочастотного сигналу, який формується на виході мікрофона, до рівня, необхідного для коректної роботи модулятора. Мікрофонні підсилювачі представляють собою одну з різновидів підсилювачів сигналів низької частоти, під якими маються на увазі пристрої, призначені для посилення електричних коливань низькочастотного діапазону, тобто таких сигналів, частота яких знаходиться в межах від 16 Гц до 20 кГц.

Вимоги, що пред'являються до мікрофонним підсилювачів, залежать від сфери їх застосування. Тому мікрофонні підсилювачі, які використовуються, наприклад, у високоякісній звуковідтворювальної апаратури, мають більш якісні характеристики в порівнянні з мікрофонними підсилювачами, що розробляються для малогабаритних радіопередавальних пристроїв. Відповідним чином відрізняються і схемотехнічні рішення, що застосовуються при конструюванні мікрофонних підсилювачів.

Серед основних характеристик підсилювачів низької частоти взагалі і мікрофонних підсилювачів зокрема слід відзначити коефіцієнт посилення, амплітудно-частотну характеристику і смугу пропускання. Саме ці характеристики надають визначають вплив на вибір необхідного схемотехнічного рішення для мікрофонного підсилювача.

Одним з найважливіших показників роботи мікрофонного підсилювача є коефіцієнт посилення. При цьому розрізняють коефіцієнт посилення по напрузі, по току і по потужності. Коефіцієнт посилення по напрузі (по току або потужності) чисельно дорівнює відношенню напруги (струму або потужності) на виході підсилювача до напруги (струму або потужності) на його вході. Загальний коефіцієнт посилення многокаскадного підсилювача дорівнює добутку коефіцієнтів посилення входять до його складу окремих каскадів.

Коефіцієнт посилення є безрозмірною величиною. Однак часто його значення уявляється в логарифмічних одиницях - децибелах (дБ).Децибел являє собою десяту частку білого (Б) і є десятковим логарифмом відносини напруги (струму або потужності) сигналу на виході підсилювача до напруги (струму або потужності) на його вході. Тому при визначенні загального коефіцієнта посилення многокаскадного підсилювача, коефіцієнти посилення окремих каскадів якого виражені в децибелах, числові значення цих коефіцієнтів слід скласти.

Вступники на вхід мікрофонного підсилювача сигнали різних частот посилюються з різним коефіцієнтом посилення, тому особливе значення має амплітудно-частотна характеристика підсилювача, яка представляє собою залежність коефіцієнта посилення від частоти підсилюється сигналу. Така характеристика формується за допомогою вимірювання напруги на виході підсилювача при постійній амплітуді і змінною частотою вхідного сигналу.

Аналіз форми амплітудно-частотної характеристики мікрофонного підсилювача дозволяє визначити ширину смуги пропускання, під якою зазвичай розуміється смуга частот, в межах якої коефіцієнт посилення зменшується до рівня 0,707 від свого максимального значення. Часто діапазон частот або смуга пропускання визначається як область частот, в межах якої зміна коефіцієнта підсилення не перевищує допустимого значення, наприклад, не більше 30% (3 дБ). У малогабаритних радіопередавальних пристроях для забезпечення чіткості та розбірливості мовного сигналу мікрофонний підсилювач може мати смугу пропускання всього від 300 Гц до 3500 Гц. Однак частіше перевага віддається схемотехническим рішенням, за допомогою яких можна отримати смугу пропускання від 100 Гц до 5000 Гц.

Іноді для оцінки якісних параметрів мікрофонного підсилювача використовується така характеристика, як чутливість. Під чутливістю в даному випадку розуміється мінімальний рівень сигналу, що подається на вхід підсилювача, при якому рівень сигналу на його виході буде дорівнює як потрібне. У мініатюрних радиопередатчиках і радіомікрофони рівень сигналу, який формується на виході мікрофонного підсилювача, повинен бути таким, щоб забезпечувалася коректна робота модулятора.

При виборі схеми мікрофонного підсилювача для малогабаритних радіопередавальних пристроїв велике значення мають і інші характеристики, наприклад, нелінійні спотворення. Однак їх докладний розгляд виходить за рамки даної книги.

2.2. Підсилювальний каскад на транзисторі

Основу найпростіших мікрофонних підсилювачів, призначених для роботи в мініатюрних радиопередатчиках і радіомікрофони, складають підсилювальні каскади, виконані на біполярних або польових транзисторах. Обмежений обсяг даної книги не дозволяє розглянути навіть малу частину заслуговують на увагу конструкцій таких підсилювачів, розроблених на основі найрізноманітніших схемотехнік. Тому в даному розділі основна увага приділяється так званим класичним схемами каскадів, виконаних на одному транзисторі.

Необхідно відзначити, що в розглянутих в даній книзі малогабаритних радіопередавальних пристроях підсилювальний каскад на транзисторі становить основу і генератора високочастотних коливань. Тому наведені в даному розділі опису принципів дії транзисторних підсилювачів необхідні для розуміння основ функціонування ВЧ-генераторів, що розглядаються в наступному розділі.

Принцип дії

В даний час в мікрофонних підсилювачах як каскадів низькочастотного сигналу широко використовуються звичайні транзисторні підсилювачі, в яких біполярний транзистор включений за схемою з загальним емітером. Саме такі підсилювальні каскади, в порівнянні зі схемами із загальною базою і з загальним колектором, забезпечують найбільше посилення по потужності.

Спрощена принципова схема підсилювального каскаду, виконаного на біполярному транзисторі npn провідності, включеному по схемі із загальним емітером, наведена на рис. 2.1а.


Мал. 2.1. Принципові схеми підсилювального каскаду на біполярному транзисторі, включеному за схемою з загальним емітером (а) і підсилювального каскаду на польовому транзисторі, включеному по схемі із загальним витоком (б)


У даній схемі коефіцієнт посилення по току є відношенням амплітуд (діючих значень) вихідного і вхідного змінного струму, тобто змінних складових струму колектора і струму бази транзистора.

Головним параметром, що характеризує транзистор, включений за схемою з загальним емітером, є статичний коефіцієнт посилення по току (коефіцієнт передачі струму) для схеми з ОЕ, який позначається як b. Цей параметр для того чи іншого типу біполярного транзистора при необхідності можна знайти в будь-якому довіднику.

У транзисторному усилительном каскаді, виконаному за схемою з загальним емітером, між вхідним і вихідним напругами є фазовий зсув, що становить 180 °. Наявність зазначеного фазового зсуву пояснюється особливостями функціонування такого каскаду. При надходженні на базу транзистора VТ1 позитивної напівхвилі вхідного сигналу відбувається збільшення напруги на переході база-емітер. В результаті зростає струм емітера, і, відповідно, струм колектора транзистора. Збільшення струму колектора призводить до збільшення падіння напруги на резисторі R1, який є колекторної навантаженням. Іншими словами, на навантажувальними резисторами додатково до вже наявного постійній напрузі додається змінна напруга з тією ж полярністю. При цьому напруга на колекторі транзистора VТ1, відповідно, зменшується. Таким чином, при подачі позитивної напівхвилі змінної напруги на вхід транзисторного каскаду за схемою з загальним емітером на його виході формується негативна полуволна вихідної напруги.

Перевагою схеми із загальним емітером, крім найбільшого посилення за проектною потужністю, є зручність харчування від одного джерела, так як на базу і колектор транзистора подаються живлять напруги одного знака. До недоліків даної схеми включення слід віднести порівняно мале вхідний опір транзистора, визначається особливостями конструкції біполярних транзисторів. Крім цього, схема із загальним емітером має гірші, в порівнянні, наприклад, зі схемою із загальною базою, частотні і температурні характеристики. З підвищенням частоти посилення в схемі з загальним емітером знижується в значно більшому ступені, ніж, в схемі із загальною базою.

Підсилювальні каскади на біполярних транзисторах, включених по схемам із загальною базою і з загальним колектором, практично не застосовуються в мікрофонних підсилювачах мініатюрних радіопередавачів. Тому докладний розгляд особливостей функціонування таких каскадів виходить за рамки даної книги. Необхідну інформацію зацікавлені читачі можуть знайти в спеціалізованій літературі.

Проте, схеми включення біполярного транзистора із загальною базою і з загальним колектором широко використовуються в схемотехнических рішеннях активного елементу високочастотних генераторів малопотужних радіопередавальних пристроїв, про які буде розказано в одній з наступних глав. Тому автор вважає за необхідне хоча б вельми коротко зазначити основні переваги та недоліки таких схем включення.

Підсилювальний каскад, виконаний за схемою із загальною базою, в порівнянні зі схемою з загальним емітером, забезпечує значно меншу посилення по потужності і має ще меншу вхідний опір. Однак його температурні і частотні властивості значно краще. Крім цього в схемі із загальною базою відсутня фазовий зсув між вхідним і вихідним сигналами. Перевагою підсилювального каскаду за схемою із загальною базою також є внесення значно менших спотворень при посиленні сигналу.

У усилительном каскаді, виконаному за схемою із загальним колектором, навантаження включена в ланцюг емітера транзистора, а вихідна напруга знімається з емітера по відношенню до шини корпусу. Саме тому такий каскад називають емітерний повторювачем. Вхідний опір каскаду за схемою із загальним колектором в десятки разів вище, ніж у каскаду з загальним емітером, а вихідний опір, навпаки, порівняно мало. Крім цього коефіцієнт посилення по току емітерного повторювача майже такий же, як і у каскаду за схемою з загальним емітером. Однак коефіцієнт посилення по напрузі близький до одиниці, причому завжди менше її. У схемі з загальним колектором відсутня фазовий зсув між вхідним і вихідним сигналами.

Нерідко в мікрофонних підсилювачах мініатюрних радіопередавачів застосовуються підсилювальні каскади на польових транзисторах. Польові транзистори, на відміну від біполярних, мають великий вхідний опір, чим значно полегшується рішення задачі узгодження каскадів. Зазвичай перевага віддається схемотехническим рішенням, в яких польовий транзистор включений за схемою із загальним витоком. Спрощена принципова схема підсилювального каскаду, виконаного на польовому транзисторі з каналом n-типу, включеному по схемі із загальним витоком, наведена на рис. 2.1б.

Принцип роботи підсилювального каскаду на польовому транзисторі, включеному по схемі із загальним витоком, полягає в наступному. Зі збільшенням потенціалу затвора струм в ланцюзі стоку і, відповідно, падіння напруги на резисторі R1 в ланцюзі навантаження зростають. При цьому напруга між стоком і витоком зменшується. В результаті змінна напруга між стоком і витоком виявляється зрушеним по фазі на 180 ° щодо змінної напруги між затвором і витоком.

Для оцінки роботи підсилювального каскаду на польовому транзисторі зазвичай використовують такі характеристики, як коефіцієнт посилення по напрузі і вихідний опір каскаду. Необхідно відзначити, що значення вхідний, прохідний і вихідний ємностей польового транзистора дуже малі і зазвичай не перевищують кількох пикофарад. Тому їх впливом на роботу низькочастотного підсилювального каскаду можна знехтувати.

Принцип дії підсилювального каскаду, виконаного на біполярному транзисторі npn провідності, включеному по схемі із загальним емітером, розглянемо на прикладі найпростішого мікрофонного підсилювача, принципова схема якого наведена на рис. 2.2.


Мал. 2.2. Принципова схема найпростішого мікрофонного підсилювача на npn-транзисторі


У даній схемі сигнал, сформований на виході мікрофона BM1, через розділовий конденсатор С1 надходить на базу транзистора VТ1, включеного за класичною схемою з загальним емітером. Конденсатор С1 забезпечує розв'язку вхідного ланцюга підсилювача і вихідного ланцюга джерела сигналу (мікрофон BM1) по постійному струму. При відсутності цього конденсатора опір резистора R3 спільно з малим опором переходу база-емітер транзистора VТ1 шунтирует вихід джерела сигналу. Крім цього вихідний опір мікрофона зробило б неприйнятне вплив на становище робочої точки транзистора VТ1, змінивши режим його роботи. Аналогічні функції виконує розділовий конденсатор С2, забезпечуючи розв'язку по постійному струму вихідного кола мікрофонного підсилювача і вхідних ланцюгів підключаються до його виходу каскадів. Через резистор R1 на відповідний висновок електретного мікрофона BM1 подається напруга, необхідне для штатного функціонування мікрофона.

При відсутності вхідного сигналу на базі транзистора VТ1, включеного за схемою з загальним емітером, присутня напруга зсуву, що формується дільником R2, R3 з напруги харчування. Наявність напруги зсуву забезпечує протікання струму між колектором і емітером транзистора. Величина цього струму, який зазвичай називають колекторним струмом, залежить від співвідношення величин опорів резисторів R2 і R3. Зміна цього співвідношення призводить до зміщення робочої точки на характеристиці транзистора VТ1 і, відповідно, до зміни його режиму роботи.

При надходженні сигналу на базу транзистора VТ1 відбувається зміна струму бази, що викликає відповідну зміну величини колекторного струму. В результаті по аналогічному закону відбувається зміна різниці потенціалів на резисторі R4, що виконує функцію навантажувального резистора в ланцюзі колектора транзистора VТ1. Як вже зазначалося, при зростанні напруги на базі транзистора VТ1 відбувається падіння напруги на його колекторі, і, навпаки, при падінні напруги на базі, напруга на колекторі збільшується. Таким чином, вихідна напруга однокаскадного транзисторного підсилювача буде перебувати в протифазі вхідній напрузі.

Стабілізація положення робочої точки транзистора

Для того щоб підсилювальний каскад працював в нормальному, штатному режимі, тобто без так званого переусіленія, на характеристиці транзистора необхідно вибрати відповідну робочу точку, положення якої визначається величиною колекторного струму при певному коллекторном напрузі. Зазвичай в схемах каскадів із загальним емітером напруга на колекторі транзистора вибирається рівним половині напруги джерела живлення, оскільки при такому співвідношенні забезпечується досягнення максимальної амплітуди неспотвореного вихідного сигналу.

Величина напруги, формованого на колекторі транзистора VТ1 (рис. 2.2) при одному і тому ж коллекторном струмі, залежить від величини опору резистора R4, яка в різних схемах може перебувати в межах від 1 до 100 кОм. Мале опір колекторного резистора вибирається в тому випадку, коли транзистор VТ1 повинен працювати в режимі з малим колекторним струмом (в каскадах, які повинні забезпечувати низький рівень власних шумів). В результаті амплітуда вихідного струму, і відповідно, напруги, буде малою при малому рівні шумів. Такі каскади зазвичай використовуються в якості вхідних. При виборі резистора R4 з великим опором коефіцієнт посилення каскаду збільшується. Величина опору резистора R4 в межах декількох килоом вибирається для підсилювачів напруги, від яких вимагається більший вихідний струм при малому вихідному опорі.

При відсутності вхідного сигналу струм бази, визначається співвідношенням величин опорів резисторів R2 і R3, ініціює протікання колекторного струму, який часто називається струмом спокою. Під впливом будь-яких зовнішніх впливів, наприклад, при нагріванні корпуса транзистора, струм спокою може змінитися, незважаючи на те, що напруга на базі залишається незмінним завдяки постійним параметрам елементів дільника R2, R3. Збільшення колекторного струму приводить до збільшення падіння напруги на резисторі R4, тому напруга на колекторі транзистора VТ1 зменшиться. В результаті зменшиться і напруга між колектором і емітером. Для більшості застосовуваних в звукопідсилювальної апаратури малопотужних біполярних транзисторів падіння напруги колектор-емітер на кілька десятих часток вольта призводить до переходу в режим насичення, після чого транзистор перестає реагувати на зміни вхідної напруги.

Уникнути подібних неприємностей допомагають спеціальні схемотехнічні рішення, що забезпечують стабілізацію становища робочої точки транзистора. Одне з них полягає в використанні ланцюга негативного зворотного зв'язку по струму за рахунок підключення резистора в ланцюг емітера транзистора VT1. Принципова схема найпростішого підсилювального каскаду зі стабілізацією робочої точки транзистора за допомогою ланцюга ООС по току приведено на рис. 2.3.


Мал. 2.3. Принципова схема мікрофонного підсилювача зі стабілізацією робочої точки транзистора за допомогою ланцюга ООС по току


При збільшенні колекторного струму падіння напруги на резисторі R5 також збільшиться, що при постійній напрузі на базі транзистора VТ1 призведе до зменшення різниці потенціалів між базою і емітером. Як наслідок, зміниться становище робочої точки транзистора, оскільки зменшиться напруга, що забезпечує відмикання транзистора. Транзистор прикриється, а струм бази зменшиться, що приведе до відповідного зменшення колекторного струму.

Як тільки струм колектора зменшиться, температура транзистора знизиться, а струм колектора буде продовжувати знижуватися. При цьому зменшиться і падіння напруги на резисторі R5 до початкового значення. Таким чином відбувається стабілізація робочої точки транзистора VТ1 за допомогою включеного в ланцюг емітера резистора R5. Чим більше величина опору резистора R5, тим стабільніше працює каскад при зміні температури. Однак зі збільшенням цього опору буде зменшуватися робоча напруга між колектором і емітером транзистора VТ1.

При надходженні на вхід каскаду змінного сигналу (в процесі роботи в режимі посилення) через резистор в ланцюзі емітера крім постійної складової проходить і змінна складова колекторного струму. В результаті на резисторі R5 буде формуватися змінну напругу низької частоти, яке також буде докладено до бази транзистора VТ1, тобто через цей резистор замикається петля негативного зворотного зв'язку по струму. Оскільки фаза цієї напруги протилежна фазі вхідного напруги підсилювача, результуюча напруга на базі транзистора VТ1 виявиться зменшеним, що призведе до зниження коефіцієнта посилення каскаду. У той же час ця ООС забезпечує зниження внесених каскадом спотворень, хоча і за рахунок зниження коефіцієнта посилення сигналу. Крім цього зазначена зворотний зв'язок збільшує вхідний опір каскаду. Проте, в мініатюрних транзисторних радиопередатчиках для досягнення максимальної амплітуди вихідного сигналу резистор R5 зі схеми мікрофонного підсилювача часто виключається.

Для того щоб через резистор R5 проходила лише постійна складова колекторного струму, паралельно цьому резистору в ланцюзі емітера транзистора VТ1 включається електролітичний конденсатор С3 порівняно великої місткості. При цьому його негативний висновок з'єднаний з шиною корпусу, а позитивний висновок підключений до емітером транзистора VТ1, на якому присутній низька позитивна напруга. Через цей конденсатор постійний струм не проходить, тому на положення робочої точки транзистора VТ1 конденсатор С3 не робить ніякого впливу. Опір цього конденсатора змінному струмі невелика, тому змінна складова колекторного струму вільно проходить через конденсатор С3 на шину корпусу, не створюючи на ньому помітного напруги низької частоти. Принципова схема такого підсилювального каскаду, який часто називають класичним, наведена на рис. 2.4.


Мал. 2.4. Принципова схема класичного підсилювального каскаду зі стабілізацією робочої точки транзистора за допомогою ланцюга ООС по току


При використанні в якості джерела низькочастотного сигналу електретного конденсаторного мікрофона з двома висновками принципова схема розглянутого класичного підсилювального каскаду буде виглядати так, як показано на рис. 2.5.


Мал. 2.5. Принципова схема класичного підсилювального каскаду для електретного конденсаторного мікрофона з двома висновками


При використанні електродинамічного (динамічного) мікрофона в якості джерела НЧ-сигналу принципова схема розглянутого класичного підсилювального каскаду буде виглядати так, як показано на рис. 2.6.


Мал. 2.6. Принципова схема класичного підсилювального каскаду для динамічного мікрофона


На особливу увагу заслуговує питання впливу на характеристики мікрофонного підсилювача величини напруги живлення. Відразу хотілося б попередити, що використання джерел живлення (батарейок або мережевих адаптерів), вихідна напруга яких більше встановленого для конкретного пристрою напруги живлення категорично не допускається. Однак в радіоаматорського практиці досить часто виникає ситуація, коли під рукою немає необхідного джерела. Тому при проведенні експериментів з транзисторними мікрофонними підсилювачами в домашніх умовах, якщо потрібно значно збільшити напругу живлення конструкції, попередньо слід уточнити за довідником, чи відповідає величина напруги колектор-емітер використовуваного транзистора змінених умов. Також слід перевірити і робочі напруги електролітичних конденсаторів. При необхідності ці елементи слід замінити.

Крім цього будь-яка зміна величини напруги живлення призводить до зміни положення робочої точки транзистора. Тому при зміні напруги живлення мікрофонного підсилювача слід відповідним чином змінити і величину хоча б одного з опорів дільника R1, R2. Для резистора R1 діє правило, за яким його опір при збільшенні напруги живлення також слід збільшити, а при зменшенні - відповідно зменшити. Для резистора R2 діє інше правило, за яким його опір при збільшенні напруги живлення слід зменшити, а при зменшенні - збільшити.

Нерідко в мікрофонних підсилювачах в емітерний ланцюга транзистора VТ1 замість одного резистора використовується ланцюжок, що складається з двох включених послідовно резисторів. Принципова схема такого підсилювача, виконаного на npn транзисторі, наведена на рис. 2.7. В даному випадку в емітерний ланцюга транзистора VТ1 послідовно включені резистори R4 і R5. При цьому позитивний (верхній за схемою) висновок конденсатора С3 з'єднатися з точкою їх з'єднання.


Мал. 2.7. Принципова схема мікрофонного підсилювача з розділеним опором в ланцюзі емітера транзистора


У розглянутій конструкції в роботі схеми стабілізації робочої точки транзистора VТ1 беруть участь обидва резистори. У той же час по високій частоті блокований лише резистор R5, а резистор R4 забезпечує негативний зворотний зв'язок по току.

Коефіцієнт посилення даного мікрофонного підсилювача залежить від величин опорів резисторів R4 і R5, його значення може змінюватися від 3 до 100. Наприклад, при R4 = 1,5 Ом і R5 = 1,2 кОм коефіцієнт посилення становитиме 100 при вхідному опорі R ВХ = 3,5 кОм. При збільшенні опору резистора R4 до 56 Ом коефіцієнт посилення розглянутого каскаду буде дорівнює 30, а вхідний опір R ВХ зросте до 4 кОм. При R4 = 220 Ом і R5 = 1 кОм коефіцієнт посилення знизиться до 10 при R ВХ = 6 кОм. Подальше збільшення опору резистора R4 до 680 Ом при зменшенні опору резистора R5 до величини 470 Ом призведе до зниження коефіцієнта посилення даного каскаду до 3, при цьому вхідний опір R ВХ зросте до 7 кОм. Значення вихідного опору даного підсилювача при зазначених значеннях опорів резисторів R4 і R5 незмінні і становлять 2 кОм.

Необхідно відзначити, що даний підсилювальний каскад цілком надійно працює при зниженні напруги живлення до 6 В.

У мікрофонних підсилювачах мініатюрних радіопередавальних пристроїв широко застосовуються і інші схемні рішення, що забезпечують стабілізацію робочої точки транзистора. Досить часто використовується підсилювальний каскад зі стабілізацією робочої точки транзистора за допомогою ланцюга негативного зворотного зв'язку по напрузі. При цьому резистор ООС підключається між колектором і базою транзистора VT1. Принципова схема мікрофонного підсилювача зі стабілізацією робочої точки транзистора за допомогою ланцюга ООС по напрузі приведена на рис. 2.8.


Мал. 2.8. Принципова схема мікрофонного підсилювача зі стабілізацією робочої точки транзистора за допомогою ланцюга ООС по напрузі


Якщо з яких-небудь причин відбудеться збільшення колекторного струму транзистора VT1, то одночасно збільшиться і падіння напруги на резисторі R3, що призведе до відповідного зменшення напруги на колекторі транзистора VT1. В результаті зменшиться і напруга, що подається на базу транзистора через резистор R2. Струм, що протікає через перехід база-емітер, стане менше, відповідно зменшиться і колекторний струм транзистора. Аналогічним чином, при зменшенні колекторного струму транзистора VT1 одночасно зменшиться і падіння напруги на резисторі R3, що призведе до відповідного збільшення напруги на колекторі транзистора. В результаті збільшиться напруга, що подається на базу транзистора VT1 через резистор R2. Струм, що протікає через перехід база-емітер, стане більше, відповідно збільшиться і колекторний струм транзистора.

Як і в розглянутих раніше конструкціях для отримання максимальної амплітуди неспотвореного посиленого сигналу на виході мікрофонного підсилювача необхідно, щоб напруга на колекторі транзистора VT1 становило приблизно половину від величини напруги живлення каскаду. Співвідношення колекторного і базового струмів висловлює коефіцієнт посилення транзистора по току. Значення струму бази транзистора VT1 визначається величиною опору резистора R2. Таким чином, падіння напруги на резисторі R2 також має дорівнювати половині величини напруги живлення каскаду за вирахуванням напруги на переході база-емітер транзистора VT1.

При порівняно великій напрузі харчування (від 3 В до 12 В і вище) падінням напруги на переході база-емітер транзистора можна знехтувати. У цьому випадку величина опору резистора R2 може бути розрахована як добуток величини опору резистора R3 і коефіцієнта посилення транзистора VT1 по току. На практиці рекомендується вибирати величину опору резистора R2 трохи менше розрахункової. При напрузі живлення підсилювача в межах від 1 В до 3 В нехтувати падінням напруги на переході база-емітер не слід, тому опір резистора R2 необхідно зменшити.


Мал. 2.9. Принципова схема мікрофонного підсилювача з вдосконаленою схемою стабілізації робочої точки транзистора


У мікрофонних підсилювачах, експлуатувати які передбачається в екстремальних умовах, наприклад, при значних коливаннях температури навколишнього середовища або суттєві коливання напруги харчування, нерідко застосовується схема стабілізації робочої точки транзистора, зображена на рис. 2.9.

Мікрофонний підсилювач на польовому транзисторі

У мікрофонних підсилювачах мініатюрних радіопередавальних пристроїв широко застосовуються і польові транзистори. При цьому резистивні підсилювачі на польових транзисторах забезпечують узгодження джерел сигналу, що мають великий внутрішній опір, з входом каскадів, що володіють відносно невеликим значенням вхідного опору. Каскади посилення на польових транзисторах найчастіше виконують по схемі із загальним витоком.

Принципова схема призначеного для роботи з електретні мікрофоном найпростішого мікрофонного підсилювача, виконаного за все на одному польовому транзисторі, наведена на рис. 2.10. Посилення даної конструкції складає не менше 20 дБ.


Мал. 2.10. Принципова схема мікрофонного підсилювача на польовому транзисторі


У даній схемі сформований мікрофоном ВМ1 сигнал через розділовий конденсатор С1 подається на вхід підсилювального каскаду, виконаного на польовому транзисторі VТ1, який включений по схемі із загальним витоком.

Якщо на затвор транзистора VТ1 подати змінну напругу малої величини, то при негативній напівхвиль цієї напруги струм, що протікає через транзистор, буде зменшуватися, а при позитивній напівхвилі - збільшуватися за відповідним законом. В результаті аналогічним чином буде змінюватися і напруга на резисторі R3. Форма цього змінної напруги повторює форму вхідного сигналу, проте величина напруги на стоці транзистора VТ1 буде значно більше, ніж величина сигналу на його затворі.

Для формування напруги зсуву, що подається на затвор транзистора VТ1, в даному випадку використовується так звана схема з автоматичним Істоковий зміщенням. Напруга автоматичного зміщення формується при протіканні струму стоку транзистора VТ1 через резистор R4. Ця напруга підводиться до затвору транзистора через резистор витоку R2, який також забезпечує стік зарядів, що накопичуються на затворі. Режим роботи даного підсилювального каскаду визначається величиною опору резистора R4.

При відсутності вхідного сигналу через транзистор VТ1 протікає струм стоку, званий струмом спокою. Цей струм забезпечує формування на резисторі R4 певної різниці потенціалів, тобто на верхньому по схемі виведення цього резистора буде позитивне напруга невеликої величини. Між затвором і шиною корпусу, що має нульовий потенціал, включений резистор R2, загальний опір якого незрівнянно більше опору резистора R4. В результаті на затворі транзистора VТ1 формується потенціал, який в порівнянні з малим позитивним потенціалом витоку буде більш негативним. Це невелике негативне напруга на затворі забезпечує часткове закриття транзистора, при цьому встановлюється менша величина струму стоку. Таким чином, величина струму спокою транзистора VТ1 залежить від опору резистора, включеного в його ланцюг витоку, тобто в даному випадку від опору резистора R4. Чим більше величина опору резистора R4, тим більше негативне напруга зсуву подається на затвор транзистора VТ1. Тому зміною опору резистора R4 підбирається така напруга зсуву, при якому забезпечується робота транзистора на лінійній ділянці характеристики.

Для того щоб через резистор R4 проходила лише постійна складова колекторного струму, паралельно цьому резистору в ланцюзі емітера транзистора VТ1 включений електролітичний конденсатор С3. Через цей конденсатор постійний струм не проходить, тому на положення робочої точки транзистора конденсатор С3 не робить ніякого впливу. Опір даного конденсатора змінному струмі невелика, тому змінна складова струму витоку вільно проходить через конденсатор С3 на шину корпусу.

Знімається з резистора R3 посилений сигнал через розділовий конденсатор С2 подається на вихід мікрофонного підсилювача.

Необхідно відзначити, що при складанні даного підсилювача слід дотримуватися загальноприйнятих запобіжних заходів, що забезпечують захист польових транзисторів від виходу з ладу внаслідок впливу статичної електрики. В процесі пайки слід користуватися паяльником з заземленим жалом, газовим паяльником або ж спеціальної паяльної станцією. Не слід забувати і про антистатичному браслеті.

2.3. Двокаскадні мікрофонні підсилювачі

Розглянуті схеми мікрофонних підсилювачів є однокаскадні конструкції. Однак при розробці малогабаритних транзисторних радіопередавачів широко використовуються схемотехнічні рішення, засновані на застосуванні багатокаскадних, найчастіше двокаскадних, схем. У двокаскадних мікрофонних підсилювачах обидва каскаду зазвичай використовуються для посилення сигналу. У той же час нерідко зустрічаються схемотехнічні рішення, в яких один з каскадів працює в режимі посилення, а другий використовується в якості узгоджувального каскаду.

Підсилювачі з безпосереднім зв'язком

У мініатюрних транзисторних радіопередавальних пристроях нерідко виникає необхідність отримання великого значення коефіцієнта посилення низькочастотного сигналу, для чого потрібно використовувати два і більше каскадів посилення. У цьому випадку застосування багатокаскадних мікрофонних підсилювачів з ємнісний зв'язком, кожен з каскадів яких виконаний на основі розглянутих схем, не завжди призводить до задовільних результатів. Тому в мініатюрних радіопередавальних пристроях широкого поширення набули схемотехнічні рішення мікрофонних підсилювачів з безпосереднім зв'язком між каскадами.

Такі підсилювачі містять менше деталей, мають меншу енергоємність, легко налаштовуються і менш критичні до змін величини напруги живлення. Крім цього підсилювачі з безпосереднім зв'язком між каскадами мають більш рівномірну смугу пропускання, а нелінійні спотворення в них можуть бути зведені до мінімуму. Одним з головних достоїнств таких підсилювачів є порівняно висока температурна стабільність.

Однак висока температурна стабільність, як і інші перераховані вище переваги підсилювачів з безпосереднім зв'язком між каскадами, можуть бути реалізовані лише при використанні глибокої негативного зворотного зв'язку по постійному струму, що подається з виходу на перший каскад підсилювача. При застосуванні відповідного схемотехнічного рішення будь-які зміни струму, викликані як температурними коливаннями, так і іншими причинами, посилюються подальшими каскадами і подаються на вхід підсилювача в такий полярності. В результаті підсилювач повертається в початковий стан.

Принципова схема одного з варіантів двухкаскадного мікрофонного підсилювача з безпосереднім зв'язком між каскадами приведена на рис. 2.11. При напрузі живлення від 9 до 12 В і максимальному вхідному напрузі 25 мВ рівень вихідної напруги в частотному діапазоні від 10 Гц до 40 кГц може досягати 5 В. При цьому споживаний струм не перевищує 2 мА.


Мал. 2.11. Принципова схема мікрофонного підсилювача з безпосереднім зв'язком між каскадами (варіант 1)


Низькочастотний сигнал, сформований мікрофоном ВМ1, через розділовий конденсатор С2 надходить на вхід першого підсилювального каскаду, виконаного на транзисторі VT1. Конденсатор С1 забезпечує фільтрацію небажаних високочастотних складових вхідного сигналу. Через резистор R1 на електретний мікрофон ВМ1 подається напруга живлення.

Посилений сигнал з колекторної навантаження транзистора VT1 (резистор R2) подається безпосередньо на базу транзистора VT2, на якому виконаний другий підсилювальний каскад. З колекторної навантаження цього транзистора сигнал надходить на вихід підсилювача через розділовий конденсатор С4.

Необхідно відзначити, що резистор R2, який використовується в якості навантажувального резистора в ланцюзі колектора транзистора VТ1, має порівняно великий опір. В результаті напруга на колекторі транзистора VТ1 буде досить малим, що дозволяє підключити базу транзистора VТ2 безпосередньо до колектора транзистора VТ1. Чимале значення у виборі режиму роботи транзистора VТ2 грає і величина опору резистора R6.

Між емітером транзистора VТ2 і базою транзистора VТ1 включений резистор R4, що забезпечує виникнення між каскадами негативного зворотного зв'язку по постійному струму. В результаті напруга на базі транзистора VТ1 формується за допомогою резистора R4 з напруги, присутнього на емітер транзистора VТ2, яке в свою чергу формується при проходженні колекторного струму цього транзистора через резистор R6. По змінному струмі резистор R6 шунтований конденсатором С3.

Якщо з якої-небудь причини струм, що проходить через транзистор VТ2, збільшиться, то відповідно збільшиться і напруга на резисторах R5 і R6. В результаті, завдяки резистору R4, збільшиться напруга на базі транзистора VТ1, що призведе до збільшення його колекторного струму і відповідного збільшення падіння напруги на резисторі R2, а це викличе зменшення напруги на колекторі транзистора VТ1, до якого безпосередньо підключена база транзистора VТ2. Зменшення значення напруги на базі транзистора VТ2 призведе до зменшення колекторного струму цього транзистора і відповідного зменшення напруги на резисторах R5 і R6. При цьому зменшиться напруга на базі транзистора VТ1, цей транзистор прикриється і знову буде працювати в нормальному, первісно встановленому режимі. Таким чином, струми і робочі точки транзисторів VТ1 і VТ2 будуть стабілізовані. Аналогічним чином схема стабілізації функціонує і при можливому зменшенні колекторного струму транзистора VТ2, наприклад, при зменшенні температури навколишнього середовища.

У підсилювачів з безпосереднім зв'язком між каскадами, щоб запрограмувати зазвичай буває досить підібрати величину опору лише одного резистора. У розглянутій схемі режим роботи встановлюється підбором опору резистора R6 або резистора R2.

У зв'язку з тим, що резистор R3 НЕ зашунтірован конденсатором, в даному підсилювачі виникає зворотний зв'язок по змінному струмі, що забезпечує різке зменшення спотворень.

Необхідно відзначити, що при будь-якій зміні номіналу резистора R4 або величини напруги живлення підсилювача необхідно відкоригувати і положення робочої точки. Важливу роль в цьому процесі відіграє резистор R6, замість якого в процесі налагодження конструкції зазвичай встановлюється підлаштування резистор, що забезпечує правильний вибір робочої точки транзисторів VТ1 і VТ2.

Принципова схема ще одного варіанту двухкаскадного мікрофонного підсилювача з безпосереднім зв'язком між каскадами приведена на рис. 2.12. Відмінною особливістю даного схемотехнічного рішення, в порівнянні з попереднім, є те, що для стабілізації режиму роботи в запропонованій схемі використовуються два ланцюги зворотного зв'язку з виходу на вхід.


Мал. 2.12. Принципова схема мікрофонного підсилювача з безпосереднім зв'язком між каскадами (варіант 2)


Неважко помітити, що крім передачі напруги, що знімається з емітера транзистора VT2, на базу транзистора VT1 через резистор R4, в даній конструкції також забезпечується зміна напруги емітера транзистора першого каскаду в залежності від величини струму, що проходить через колекторну навантаження транзистора VT2 (резистор R6). Друга ланцюг зворотного зв'язку, підключена між колектором транзистора VT2 і емітером транзистора VT1, утворена включеними паралельно резистором R5 і конденсатором С3. Необхідно відзначити, що від величини ємності конденсатора С3 залежить значення верхньої граничної частоти смуги пропускання даного мікрофонного підсилювача.

При напрузі живлення від 9 до 15 В і максимальному вхідному напрузі 25 мВ рівень вихідної напруги розглянутого двухкаскадного підсилювача в частотному діапазоні від 20 Гц до 20 кГц може досягати 2,5 В. При цьому споживаний струм не перевищує 2 мА.

Принципова схема ще одного варіанту мікрофонного підсилювача з безпосереднім зв'язком між каскадами приведена на рис. 2.13.


Мал. 2.13. Принципова схема мікрофонного підсилювача з безпосереднім зв'язком між каскадами (варіант 3)


У даній конструкції сигнал, сформований мікрофоном ВМ1, через розділовий конденсатор С1 і резистор R2 проходить на базу транзистора VТ1, на якому зібрано перший каскад посилення. Посилений сигнал з колектора транзистора VТ1 подається безпосередньо на базу транзистора VТ2 другого підсилювального каскаду.

Між емітером транзистора VТ2 і базою транзистора VТ1 включений резистор R4, що забезпечує виникнення між каскадами негативного зворотного зв'язку по постійному струму. В результаті напруга на базі транзистора VТ1 формується за допомогою резистора R4 з напруги на емітер транзистора VТ2, яке в свою чергу формується при проходженні колекторного струму цього транзистора через резистор R6. По змінному струмі резистор R6 шунтований конденсатором С3.

Сформований на колекторі транзистора VТ2 сигнал через розділовий конденсатор С4 і потенціометр R8 подається на вихід мікрофонного підсилювача. Для зменшення частотних спотворень в області нижніх частот ємність розділового конденсатора С4 збільшена до 20 мкФ. Потенціометр R8 виконує функцію регулятора рівня вихідного НЧ-сигналу і має логарифмічну характеристику (тип В).

У звичайних підсилюючих каскадах, в яких транзистор включений за схемою з загальним емітером, коефіцієнт посилення каскаду визначається в першу чергу особливостями самого транзистора. У даній схемі коефіцієнт посилення в значній мірі залежить від параметрів другий ланцюга зворотного зв'язку, включеної між виходом підсилювача і емітером транзистора VТ1. У даній схемі цей ланцюг зворотного зв'язку утворена резистором R7. Теоретично коефіцієнт посилення До УС двоступеневого підсилювального каскаду з безпосереднім зв'язком визначається співвідношенням величин опорів резисторів R7 і R3, тобто обчислюється за формулою:


До УС = R7 / R3.


Для розглянутого каскаду коефіцієнт К УС = 10000/180 = = 55,55. Наведена формула справедлива для значень коефіцієнта посилення, що знаходяться в межах від 10 до 100. При інших співвідношеннях вступають в силу додаткові фактори, що впливають на величину коефіцієнта посилення. Особливі методики розрахунку слід застосовувати в тих випадках, коли в ланцюг зворотного зв'язку включаються послідовні або паралельні RC-ланцюжка.

Розглядаючи класичні схеми мікрофонних підсилювачів на біполярних транзисторах, не можна не згадати про Двохкаскадний підсилювачі, виконаному на двох біполярних транзисторах різної провідності. Принципова схема простого мікрофонного підсилювача, виконаного на npn і pnp транзисторах, наведена на рис. 2.14.


Мал. 2.14. Принципова схема мікрофонного підсилювача на біполярних транзисторах різної провідності


Незважаючи на простоту, цей підсилювач, який можна використовувати для посилення сигналів, що знімаються з виходу конденсаторного мікрофона, має вельми прийнятні параметри. При напрузі живлення від 6 до 12 В і максимальному вхідному напрузі 100 мВ рівень вихідної напруги в частотному діапазоні від 70 Гц до 45 кГц досягає 2,5 В.

Сформований на виході мікрофона ВМ1 сигнал через розділовий конденсатор С1 подається на базу транзистора VТ1, що має npn провідність, на якому виконаний перший підсилювальний каскад. Напруга зсуву, що подається на базу транзистора VТ1, формується подільником, який утворений резисторами R2 і R3.

Величина спаду частотної характеристики даного мікрофонного підсилювача в області нижніх частот в значній мірі залежить від ємності розділового конденсатора С1. Чим менше ємність цього конденсатора, тим більше спад частотної характеристики. Тому при вказаному на схемі номіналі ємності конденсатора С1 нижня межа діапазону відтворюваних підсилювачем частот знаходиться на частоті близько 70 Гц.

З колектора транзистора VТ1 посилений сигнал подається безпосередньо на базу транзистора VТ2, що має pnp провідність, на якому виконаний другий підсилювальний каскад. У даному підсилювачі, як і в розглянутих раніше конструкціях, використовується схема з безпосереднім зв'язком між каскадами. Як навантажувального резистора в ланцюзі колектора транзистора VТ1 використовується резистор R4, що має великий опір. В результаті напруга на колекторі транзистора VТ1 буде порівняно малим, що дозволяє базу транзистора VТ2 підключити безпосередньо до колектора транзистора VТ1. Чимале значення у виборі режиму роботи транзистора VТ2 грає і величина опору резистора R7.

Сформований на колекторі транзистора VТ2 сигнал через розділовий конденсатор С4 подається на вихід мікрофонного підсилювача. Для зменшення частотних спотворень в області нижніх частот ємність розділового конденсатора С4 збільшена до 10 мкФ. Величина спаду в області верхніх частот відтвореного підсилювачем діапазону може бути забезпечена зменшенням опору навантаження, а також використанням транзисторів з більш високим значенням граничної частоти.

Коефіцієнт посилення даного підсилювача визначається співвідношенням опорів резисторів R5 і R6 в ланцюзі зворотного зв'язку. Конденсатор С3 обмежує посилення на вищих частотах, перешкоджаючи самовозбуждению підсилювача.

При застосуванні конденсаторного мікрофона в ланцюг його включення буде потрібно подавати напруга, необхідне для його харчування. З цією метою в схемі встановлений резистор R1, який одночасно є навантажувальним резистором виходу мікрофона. При використанні розглянутого мікрофонного підсилювача з електродинамічним мікрофоном резистор R1 зі схеми можна виключити.

На особливу увагу заслуговують схемотехнічні рішення двокаскадних мікрофонних підсилювачів, в яких вхідний каскад виконаний на польовому, а вихідний каскад - на біполярному транзисторі. Принципова схема одного з варіантів простого мікрофонного підсилювача, виконаного на польовому і біполярному транзисторах, наведена на рис. 2.15.Дана конструкція характеризується не тільки низьким рівнем шумів і порівняно високим вхідним опором, а й значною шириною діапазону частот підсилюється сигналу. При напрузі живлення від 9 до 12 В і максимальному вхідному напрузі 25 мВ рівень вихідної напруги в частотному діапазоні від 10 Гц до 100 кГц може досягати 2,5 В. При цьому споживаний струм не перевищує 1 мА, а вхідний опір становить 1 МОм.


Мал. 2.15. Принципова схема мікрофонного підсилювача на польовому і біполярному транзисторах різної провідності


Знімається з виходу мікрофона ВМ1 сигнал через розділовий конденсатор С1 і резистор R1 подається на затвор польового транзистора VТ1, на якому виконаний вхідний підсилювальний каскад. Резистор R2, величина опору якого визначає значення вхідного опору всієї конструкції, забезпечує по постійному струму зв'язок затвора транзистора VТ1 з шиною корпусу. По постійному струму положення робочої точки транзистора VТ1 визначається величинами опорів резисторів R3, R4 і R5. По змінному струмі резистор R5 шунтований конденсаторами С2 і С3. Порівняно велика ємність конденсатора С2 забезпечує достатню посилення в нижній частині діапазону частот підсилюється сигналу. У свою чергу, величина ємності конденсатора С3 забезпечує достатню посилення у верхній частині діапазону частот.

Посилений сигнал знімається з навантажувального резистора R3 і подається безпосередньо на базу транзистора VT2, що має pnp-провідність, на якому виконаний другий каскад посилення. Резистор R6, включений в колекторний ланцюг транзистора VT2, не тільки є навантажувальним резистором в другому усилительном каскаді, але і входить до складу ланцюга зворотного зв'язку транзистора VT1. Співвідношенням величин резисторів R6 і R4 визначається коефіцієнт посилення всієї конструкції. При необхідності посилення можна зменшити, підібравши величину опору резистора R4. Сформований на колекторі транзистора VТ2 сигнал через резистор R7 і розділовий конденсатор С4 подається на вихід мікрофонного підсилювача.

Мікрофонні підсилювачі з согласующим каскадом

У мініатюрних радиопередатчиках для узгодження вихідного опору мікрофонного підсилювача з вхідним опором наступних каскадів нерідко на виході підсилювального каскаду встановлюється буферний каскад, наприклад, добре відомий емітерний повторювач.

Принципова схема одного з варіантів мікрофонного підсилювача з буферним каскадом на виході приведена на рис. 2.16.Серед основних характеристик даної конструкції слід зазначити коефіцієнт посилення НЧ-сигналу, що дорівнює 22, а також діапазон частот, що знаходиться в межах від 100 Гц до 5000 Гц. Харчування підсилювача здійснюється постійною напругою +9 В, споживаний струм не перевищує 2 мА.


Мал. 2.16. Принципова схема мікрофонного підсилювача з буферним каскадом (варіант 1)


Сформований на виході мікрофона ВМ1 низькочастотний сигнал через конденсатор C1 і резистор R2 проходить на базу транзистора VT1, на якому виконаний безпосередньо підсилювальний каскад. Стабілізація робочої точки цього транзистора здійснюється за допомогою ланцюга негативного зворотного зв'язку по струму. Особливістю даного каскаду є ще одна ланцюг зворотного зв'язку, до складу якої входить конденсатор С2, включений між колектором і базою транзистора VT1. Від величин ємностей цього конденсатора і конденсатора С3 залежать верхня і нижня межі діапазону частот підсилюється сигналу.

Сигнал, що знімається з колекторної навантаження транзистора VT1 (резистор R5), надходить на емітерний повторювач, виконаний на транзисторі VT2. При цьому зв'язок між каскадами здійснюється безпосередньо, тобто між колектором транзистора VT1 і базою транзистора VT2 відсутній розділовий конденсатор. З емітера транзистора VT2 корисний сигнал через конденсатор С4 проходить на вихід мікрофонного підсилювача. Використання емітерного повторювача в якості вихідного каскаду мікрофонного підсилювача забезпечує мале вихідний опір розглянутої конструкції.

Принципова схема ще одного варіанту мікрофонного підсилювача з буферним каскадом приведена на рис. 2.17.


Мал. 2.17. Принципова схема мікрофонного підсилювача з буферним каскадом (варіант 2)


Як і в розглянутих раніше конструкціях, сигнал з виходу мікрофона ВМ1 подається на вхід підсилювального каскаду через розділовий конденсатор С1. Перший підсилювальний каскад виконаний на транзисторі VT1, стабілізація становища робочої точки якого по постійному струму забезпечується резистором R3. По змінному струмі цей резистор шунтований конденсатором С2.

Сигнал, сформований на резисторі R2, який є колекторної навантаженням транзистора VT1, подається на емітерний повторювач, виконаний на транзисторі VT2. При цьому зв'язок між каскадами здійснюється безпосередньо, тобто між колектором транзистора VT1 і базою транзистора VT2 відсутній розділовий конденсатор. З емітера транзистора VT2 корисний сигнал через конденсатор С3 проходить на вихід мікрофонного підсилювача.

Опір ділянки кола між емітером транзистора VT2 і шиною корпусу визначається сумою величин опорів включених послідовно резисторів R5 і R6. При тому до точки їх з'єднання підключений резистор R4. Таким чином, емітер транзистора VТ2 і база транзистора VТ1 виявляються з'єднаними між собою через резистори R4 і R5, чим забезпечується виникнення між каскадами негативного зворотного зв'язку по постійному струму. В результаті напруга на базі транзистора VТ1 формується за допомогою резистора R4 з напруги, присутнього на емітер транзистора VТ2, яке в свою чергу формується при проходженні колекторного струму цього транзистора через резистори R5 і R6. По змінному струмі резистор R6 шунтований конденсатором С4.

Застосування конденсаторного мікрофона вимагає подачі в ланцюг його включення відповідного напруги харчування, для чого в схемі встановлений резистор R1.

При розробці мініатюрних радіопередавальних пристроїв та радіомікрофонів використовуються і інші, часто досить цікаві та оригінальні схемотехнічні рішення мікрофонних підсилювачів. Однак обмежений обсяг пропонованого видання, на жаль, не дозволяє їх розглянути. Необхідну додаткову інформацію зацікавлені читачі можуть знайти в спеціалізованій літературі і в мережі Інтернет.

3. Генератори сигналу високої частоти

У мініатюрних транзисторних радіопередавальних пристроях формування високочастотного сигналу несучої частоти здійснюється за допомогою спеціальних каскадів, які представляють собою звичайні ВЧ-генератори. При розробці таких генераторних каскадів найчастіше використовуються досить прості і добре відомі схемотехнічні рішення, що дозволяють добитися вельми прийнятних характеристик.

Залежно від особливостей схемотехнік, застосовуваних при їх конструюванні, ВЧ-генератори можна розділити на кілька груп. В даний час в транзисторних мікропередавач і радіомікрофони широкого поширення набули звичайні генератори з резонансними LC-контурами, а також генератори з кварцовою стабілізацією частоти, виконані на біполярних або польових транзисторах. Тому в цьому розділі розглядаються особливості функціонування транзисторних ВЧ-генераторів, їх основні параметри і характеристики, а також основні переваги та недоліки високочастотних генераторів, розроблених на основі найбільш часто використовуваних в електронних конструкціях схемотехнік.

Необхідно відзначити, що докладний опис теоретичних основ функціонування вузлів і блоків високочастотних генераторів малогабаритних радіопередавачів, на жаль, виходить за рамки пропонованого видання в зв'язку з його обмеженим обсягом. Тому принципи роботи таких пристроїв будуть розглянуті дуже спрощено, не претендуючи на академічну точність.

Звичайно ж, в спеціалізованій літературі і в мережі Інтернет можна знайти чимало схемотехнік і описів конструкцій мікропередавач, в яких для генерації високочастотних сигналів несучої частоти використовуються каскади, виконані на інший елементній базі, наприклад, на мікросхемах, на тунельних діодах або л-діодах. Однак розгляд основних принципів функціонування таких пристроїв виходить за рамки пропонованої книги.

3.1. Загальні відомості

Основу високочастотного тракту будь-якого радіопередавача, в тому числі і транзисторного, становить генератор високочастотних коливань. Перш ніж перейти до розгляду деяких схемотехнік ВЧ-генераторів, які застосовуються в мініатюрних транзисторних радіопередавальних пристроях, автор вважає за необхідне навести деякі основні відомості, що стосуються теоретичних основ генерації високочастотних радіосигналів. В даному розділі розглядаються питання, що стосуються призначення і основ функціонування високочастотних генераторів, критерії їх класифікації, а також основні характеристики. Особливу увагу приділено заходам, що вживаються для забезпечення стабільності частоти сигналу, який формується ВЧ-генератором.

Призначення і принцип дії

Невід'ємною частиною будь-якого мініатюрного радіосигнали пристрою є спеціальний каскад, який призначений для генерації високочастотного сигналу несучої частоти. Головною відмінною рисою такого каскаду, який відповідно до його призначенням називається генератором, є виникнення незатухаючих ВЧ-коливань. Такі коливання в генераторі можуть виникати або мимовільно, або при наявності певного зовнішнього впливу (керуючий імпульс і т. П.). Генератори, в яких коливання виникають самостійно, часто називають автогенераторами або самовозбуждаемую генераторами.

З точки зору схемотехніки генератори високочастотного сигналу несучої частоти, застосовувані в мініатюрних транзисторних радиопередатчиках і радіомікрофони, найчастіше представляють собою підсилювальний каскад, між виходом і входом якого включена ланцюг позитивного зворотного зв'язку. Застосування саме позитивного зворотного зв'язку пояснюється тим, що коливання, що подаються з виходу підсилювального каскаду на його вхід, повинні мати таку полярність, яка необхідна для підтримки вже виникли в каскаді коливань.

При розгляді принципу дії генератора входить до його складу підсилювальний каскад можна уявити як чотириполюсник, без спотворень підсилює подається на його вхід сигнал, тобто функціонує в нормальному (штатному) робочому режимі. У цьому випадку форма вихідної напруги такого каскаду буде повністю повторювати форму напруги на його вході, але в той же час буде відрізнятися більшою амплітудою і в деяких випадках фазою. Якщо ж тепер вихідний сигнал підсилювача подати на його вхід через спеціальний каскад (ланцюг зворотного зв'язку), який забезпечить перетворення його амплітуди і, при необхідності, фази таким чином, щоб вони відповідали аналогічним параметрам вхідного сигналу, то подавати на вхід каскаду будь-якої сигнал ззовні не буде потрібно. Це означає, що початковий вхідний сигнал може бути відключений, а замість нього в якості вхідного буде використовуватися відповідним чином перетворений вихідний сигнал. В результаті каскад продовжує функціонувати, але вже не як підсилювач, а як генератор сигналу. Таким чином, генератор високочастотних коливань можна представити як спеціальний перетворювач, в якому енергія постійного струму джерела живлення перетвориться в енергію змінного струму високої частоти.

Однією з головних завдань, що вирішуються за допомогою ланцюга зворотного зв'язку, є таке перетворення амплітуди вихідного сигналу, при якому після проходження через ланцюг ОС величина амплітуди подається на вхід підсилювального каскаду буде достатньою для підтримки коливань в системі. Саме ця умова, часто зване балансом амплітуд, є вирішальним при виборі певної глибини зворотного зв'язку. При меншій глибині або слабкою зворотного зв'язку амплітуда вихідного сигналу буде зменшуватися, коливання стануть затухаючими, що призведе до зриву генерації. При більшій глибині або сильної зворотного зв'язку амплітуда вихідного сигналу буде зростати. В результаті неконтрольоване збільшення амплітуди коливань може призвести до виходу з ладу активного елементу підсилювального каскаду. У кращому випадку активний елемент (наприклад, транзистор) або увійде в режим обмеження, або закриється.

Другим завданням, яке забезпечує ланцюг зворотного зв'язку, є перетворення фази вихідного сигналу таким чином, щоб вона по відношенню до фази вхідного сигналу мала зрушення 0 ° або 360 °. В цьому випадку зазвичай говорять, що вихідний сигнал подається на вхід підсилювального каскаду в фазі. Виконання даної умови, часто званого балансом фаз, є основним фактором при виборі схемотехнічного рішення активного елементу і ланцюга зворотного зв'язку. Необхідно відзначити, що конкретні особливості підсилювального каскаду і ланцюга зворотного зв'язку забезпечують синфазность вихідного і вхідного сигналів лише на одній частоті. Таким чином, частота формуються генератором коливань залежить від сумарного фазового зсуву безпосередньо в усилительном каскаді і в ланцюзі позитивного зворотного зв'язку.

Посилення каскаду і передавальна характеристика ланцюга зворотного зв'язку є комплексними характеристиками і залежать від частоти сигналу. Тому в будь-якому генераторі, що забезпечує формування незатухаючих коливань, в тому числі і високочастотному, такі коливання мають цілком певні амплітуду і частоту, значення яких залежать як від застосованих при розробці підсилювача і ПОС схемотехнік, так і від параметрів входять до їх складу елементів. При цьому амплітуда і частота формованого генератором сигналу встановлюються автоматично. Таким чином, для сталої роботи генератора з необхідною частотою і амплітудою сигналу необхідно не тільки правильно вибрати, наприклад, положення робочої точки транзистора підсилювального каскаду, а й встановити параметри ланцюга зворотного зв'язку (глибина зворотного зв'язку і фазовий зсув).

При розробці високочастотних генераторів для мініатюрних транзисторних радіопередавачів необхідність дотримання умови балансу фаз має вирішальне значення при виборі схеми включення транзистора в усилительном каскаді. Справа в тому, що при включенні транзистора по схемі із загальним емітером фазовий зсув між сигналом на його базі і сигналом на колекторі становитиме 180 °. При виборі такої схеми включення ланцюг зворотного зв'язку, що підключається між базою і колектором, повинна забезпечувати необхідний фазовий зсув. Якщо ж транзистор буде включений за схемою із загальною базою або з загальним колектором, то змінювати фазу сигналу в ланцюзі зворотного зв'язку не буде потрібно, оскільки фаза вихідного сигналу при таких схемах включення збігається з фазою вхідного сигналу. Необхідно відзначити, що в зазначених випадках мова йде про схемах включення транзистора по змінному струмі.

Склад і класифікація

Генератори високочастотних коливань несучої частоти, використовувані в мініатюрних транзисторних радиопередатчиках і радіомікрофони, складаються з декількох функціональних частин або блоків. Такими блоками зазвичай є активний елемент, селективний елемент, ланцюг позитивного зворотного зв'язку, а також допоміжні каскади і елементи.

Активний елемент є основною складовою частиною ВЧ-генератора. Головним завданням такого елемента, в якості якого зазвичай використовується транзистор, є забезпечення умов для виникнення і підтримки високочастотних коливань. На відміну від транзисторів, які застосовуються в НЧ-генераторах, такий транзистор повинен мати якомога більшу верхню граничну частоту і якомога менші паразитні ємності.

Залежно від обраного схемотехнічного рішення активного елементу високочастотного генератора транзистор може бути включений за постійним струмом або за схемою з загальним емітером, або за схемою із загальною базою, або за схемою із загальним колектором. Необхідно відзначити, що відповідний електрод транзистора (наприклад, емітер) вважається загальним по постійному струму, якщо до нього підключаються джерела живлення двох інших електродів (наприклад, бази і колектора). У ВЧ-генераторах мініатюрних радіопередавачів транзистор активного елементу по постійному струму зазвичай включається за схемою з загальним емітером з відповідними ланцюгами харчування, зміщення і стабілізації становища робочої точки.

За змінним струмом, незалежно від застосованої схеми включення по постійному струмі, транзистор може бути включений також по одній з трьох схем: або із загальним емітером, або із загальною базою, або із загальним колектором. При цьому електрод транзистора вважається загальним по змінному струмі, якщо до нього підключаються вхідний і вихідний коливальні напруги. Тому всі змінні напруги вимірюються по відношенню до загального електрода за допомогою високочастотного вольтметра. Якщо на електроді присутній падіння напруги, то цей електрод вважається ізольованим, якщо ж ні - то заземленим. Природно, в схемах ВЧ-генераторів з трьох електродів транзистора по високій частоті може бути заземлений тільки один електрод.

Для схемотехнік високочастотних транзисторних генераторів не є рідкісною ситуація, коли один і той же електрод транзистора активного елементу є ізольованим по змінному струмі і заземленим по постійному струму, або навпаки. Наприклад, в добре відомою схемою емітерного повторювача транзистор по постійному струму включений по схемі із загальним емітером, а по змінному струмі - за схемою із загальним колектором.

Як селективного елемента ВЧ-генератора малогабаритних радіопередавальних пристроїв зазвичай використовується або резонансний контур, або кварцовий резонатор. Саме селективний елемент робить вирішальний вплив на значення частоти сигналу, який формується генератором, тобто є частотозадающіх елементом. Наприклад, в розглянутих далі схемотехнических рішеннях LC-генераторів селективний елемент найчастіше представляє собою звичайний коливальний контур, що складається з включених паралельно конденсатора і котушки індуктивності.

Коливання, що виникають в паралельному резонансному контурі при подачі на нього постійної напруги, наприклад, при включенні харчування, є затухаючими внаслідок втрат енергії в контурі. Для отримання незатухаючих коливань необхідно подати в контур коливання, що збігаються по фазі з спочатку виникли вільними коливаннями, які до того ж повинні мати достатню потужність для компенсації втрат енергії в контурі. Саме такі вимоги пред'являються до коливань, які формуються на виході активного елементу генератора. При дотриманні зазначених умов амплітуда коливань в резонансному контурі стане постійною, тобто в контурі виникнуть незгасаючі коливання.

Елементи, що входять до складу ланцюга позитивного зворотного зв'язку, забезпечують зворотний зв'язок між виходом і входом каскаду, виконаного на активному елементі. Параметри елементів ланцюга зворотного зв'язку визначають умови досягнення і підтримки балансів амплітуди і фази, необхідних для виникнення незатухаючих коливань і стабільної роботи ВЧ-генератора.

Допоміжні елементи в першу чергу забезпечують роботу транзистора по постійному струму, визначаючи положення робочої точки транзистора і її стабілізацію. Крім цього, певні елементи можуть використовуватися для зв'язку між активним елементом і резонансним контуром.

Незважаючи на величезну кількість схемотехнік високочастотних генераторів для мініатюрних транзисторних радіопередавачів, в них завжди присутні основні елементи і відповідні зв'язки між ними, які визначають критерії класифікації генераторів і їх характеристики.

У спеціалізованій радіотехнічної літературі можна знайти різні критерії і, відповідно, системи класифікації високочастотних генераторів. Однак обмежений обсяг даної книги не дозволяє докладно розглянути навіть деякі з них. Тому далі зупинимося лише на найважливіших умовах і ознаках, найчастіше використовуваних в якості основи для класифікації ВЧ-генераторів, які застосовуються в мініатюрних транзисторних радиопередатчиках.

Одним з основних критеріїв, що застосовуються при класифікації ВЧ-генераторів, є тип селективного елемента. Тому часто класифікацію за таким принципом називають класифікацією за типом селективного елемента. Відповідно до цього критерію високочастотні генератори діляться на LC-генератори, RC-генератори, а також кварцові генератори. У мініатюрних транзисторних радиопередатчиках зазвичай застосовуються LC-генератори і кварцові генератори.

В LC-генераторах як селективного елемента використовується резонансний контур, утворений включеними паралельно котушкою індуктивності і конденсатором. Відмінною особливістю цього типу генераторів є мінімальний рівень спотворень формованого сигналу, оскільки резонансний контур пригнічує частотні складові вищих гармонік навіть в тому випадку, коли активний елемент працює в нелінійному режимі.

Необхідно відзначити, що LC-генератори, в залежності від схемотехнічного рішення ланцюга позитивного зворотного зв'язку, діляться на генератори з індуктивної зв'язком, з ємнісний зв'язком і триточкові генератори (так звані трехточкі). У генераторах з індуктивним зв'язком ланцюг позитивного зворотного зв'язку між вхідним і вихідним електродами транзистора утворена індуктивним зв'язком, а в генераторах з ємнісний зв'язком - ємнісний. У триточкових ВЧ-генераторах, які в свою чергу діляться на індуктивні і ємнісні трехточкі, резонансний контур підключений до активного елементу в трьох точках. Деякі фахівці вважають індуктивного трехточкі окремим випадком генератора з індуктивним зв'язком, емкостную трехточкі - окремим випадком генератора з ємнісним зв'язком.

У мініатюрних транзисторних радиопередатчиках широко використовуються так звані кварцові генератори, в яких в якості селективного елемента використовується кварцовий резонатор. Головною особливістю таких ВЧ-генераторів є формування сигналу однієї частоти, значення якої визначається особливостями кварцового резонатора. При цьому вихідний сигнал може генеруватися не тільки на основній частоті резонансу, але і на частотах гармонійних складових. Кварцові генератори відрізняються високою стабільністю частоти сигналу, тому часто їх називають генераторами з кварцовою стабілізацією частоти.

Основні характеристики

Основними характеристиками, що надають вирішальний вплив на вибір схеми високочастотного генератора малогабаритного радіопередавача або радіомікрофона, є частота генеруючих коливань і її стабільність, а також напруга живлення і вихідна потужність.

При виготовленні та проведенні експериментів з мініатюрними транзисторними радіопередавачів особливу увагу слід звернути на вибір значення робочої частоти високочастотного генератора, яка найчастіше є несучою частотою вихідного сигналу всієї конструкції. Справа в тому, що чинне законодавство Російської Федерації досить чітко регулює порядок і умови виробництва, збуту і / або придбання (в тому числі і з метою збуту), ввезення, вивезення, а також використання радіоелектронних засобів і високочастотних пристроїв, в тому числі і радіопередавачів . На жаль, обмежений обсяг даної книги не дозволяє докладно розглянути правові основи виробництва і використання високочастотних радіопередавальних пристроїв в Росії. Тому далі будуть наведені лише деякі, дуже обмежені відомості, необхідні для вибору частоти ВЧ-генератора малопотужного транзисторного радіопередавача або радіомікрофона.

Чинне законодавство Росії містить правову норму, відповідно до якої виготовлення, придбання, ввезення в Російську Федерацію, використання (експлуатація) радіоелектронних засобів цивільного застосування на території Російської Федерації здійснюються на підставі дозволів, що видаються органами служби державного нагляду за зв'язком в Російській Федерації. Зазначені дозволи видаються відповідно до встановленого порядку за заявками юридичних та фізичних осіб, включаючи іноземних.

У той же час на території Росії діє Перелік радіоелектронних засобів, для яких не вимагається дозвіл на використання. Цей Перелік затверджений Рішенням Державної комісії з радіочастот при Мінзв'язку РФ від 2 квітня 2001 року (з наступними змінами). Відповідно до зазначеного Переліку не вимагається дозвіл на використання деяких категорій радіоелектронних (високочастотних) коштів. До таких засобів або пристроїв відносяться, наприклад, концертні радіомікрофони, що працюють на фіксованих частотах 165,70 МГц, 166,10 МГц, 166,50 МГц і 167,15 МГц, мають вихідну потужність до 20 мВт. Крім цього не потрібен дозвіл на використання радіомікрофонів типу «Караоке» потужністю до 10 мВт, що працюють в частотних діапазонах від 66 МГц до 74 МГц, від 87,5 МГц до 92 МГц і від 100 МГц до 108 МГц. Також не потрібен дозвіл на використання концертних радіомікрофонів потужністю до 5 мВт, що працюють в частотних діапазонах від 151 МГц до 216 МГц, від 175 МГц до 230 МГц, від 470 МГц до 638 ​​МГц, від 710 МГц до 726 МГц.

Для того щоб радіоаматори уникли можливих неприємних непорозумінь з правоохоронними органами, автор рекомендує всім читачам, які вирішать не тільки повторити конструкції радіопередавальних пристроїв, опис яких наведено в даній книзі, але і проводити самостійні експерименти в цій області, ознайомитися з відповідними законодавчими актами Росії. Необхідну інформацію зацікавлені радіоаматори можуть знайти в спеціалізованій юридичній літературі або в поширюваних в електронному вигляді різних довідкових правових системах (наприклад, в системі «ГАРАНТ»).

Одним з найважливіших параметрів, якісно характеризують високочастотний генератор малопотужних радіопередавальних пристроїв, є стабільність частоти вихідного сигналу. Даний параметр визначається як абсолютне значення відхилень частоти генерованого сигналу, викликаних різними причинами, за певний проміжок часу. Необхідно відзначити, що генератори з кварцовою стабілізацією частоти, в порівнянні зі звичайними LC-генераторами, відрізняються значно більш високою стабільністю частоти сигналу.

Напруга живлення високочастотних генераторів транзисторних мікропередавач зазвичай відповідає напрузі харчування інших каскадів. У деяких випадках, з метою забезпечення високої стабільності частоти, харчування генератора може здійснюватися меншою напругою, яке формується спеціальним стабілізатором.

При розробці і створенні мініатюрних транзисторних радіопередавачів і радіомікрофонів на особливу увагу заслуговує вибір потужності виготовляється конструкції. Значення вихідної потужності таких пристроїв повинні відповідати вимогам чинного законодавства Російської Федерації, про які було розказано раніше. Залишається додати, що також не потрібно спеціальний дозвіл, наприклад, на експлуатацію дитячих радіопереговорних пристроїв, що працюють в смузі радіочастот від 26957 кГц до 27283 кГц, з потужністю випромінювання не більше 10 мВт.

Забезпечення стабільності частоти ВЧ-генератора

Існує кілька основних причин, які можуть призвести до відхилень частоти в високочастотних генераторах мініатюрних транзисторних радіопередавачів і радіомікрофонів. Серед них в першу чергу слід відзначити застосування неякісних елементів, зміни температурного режиму, відхилення напруги харчування, зміна параметрів навантаження і особливості конструктивного виконання.

При виборі елементної бази особливої ​​уваги потребує правильний підбір транзистора активного елементу, який повинен мати досить високу граничну частоту. На практиці гранична частота транзистора повинна бути в кілька разів більше, ніж робоча частота генератора. Справа в тому, що на частотах, що знаходяться в безпосередній близькості від граничної частоти, коефіцієнт посилення транзистора зазвичай недостатньо високий для забезпечення стабільної генерації незатухаючих коливань.

Стабільність частоти транзисторного ВЧ-генератора також залежить від можливої ​​зміни внутрішнього опору транзистора і схеми його включення. Зазвичай при виборі схемотехнічного рішення високочастотного генератора перевага віддається схемами включення транзистора із загальною базою і з загальним колектором.

Також уважно слід поставитися до якісних характеристик елементів резонансного контуру. В першу чергу це стосується конструктивних особливостей котушки індуктивності, а також матеріалів, з яких вона виготовляється. Витки котушки повинні бути жорстко закріплені на каркасі таким чином, щоб виключити зміна їх положення в результаті як механічного, так і теплового впливу. З урахуванням цієї вимоги слід вибирати і матеріал каркаса. Не рекомендується для збільшення значення індуктивності застосовувати котушку з сердечником, оскільки при тривалій експлуатації пристрою стабільність частоти може погіршитися.

Параметри резонансного контуру ВЧ-генератора залежать і від характеристик застосованого в ньому конденсатора. Використання конденсаторів з деякими типами діелектрика, досить надійно функціонують в низькочастотних каскадах, може привести до таких змін якісних параметрів контуру, в результаті яких відбудеться зрив коливань генератора.

Зміни температурного режиму окремих елементів високочастотного генератора, в першу чергу транзистора і елементів резонансного контуру, також впливають на стабільність частоти сигналу. Значною мірою компенсувати вплив температури на режим роботи транзистора дозволяє застосування відповідних схемотехнік, наприклад, класичної мостової схеми стабілізації становища робочої точки транзистора по постійному струму.

При зміні температури навколишнього простору відповідним чином змінюються як індуктивність котушки, так і ємність конденсатора, що входять до складу резонансного контуру, що призводить до зміни його резонансної частоти. Температурні залежності параметрів елементів характеризуються відповідними температурними коефіцієнтами. Наприклад, значення індуктивності котушки при позитивному температурному коефіцієнті збільшується зі зростанням температури. Тому в деяких випадках рекомендується компенсувати вплив позитивного температурного коефіцієнта котушки використанням конденсатора з відповідним негативним температурним коефіцієнтом.

У транзисторних мікропередавач напруга живлення високочастотних генераторів транзисторних мікропередавач зазвичай не відрізняється від напруги живлення інших каскадів. Однак в деяких схемотехнических рішеннях з метою забезпечення високої стабільності частоти харчування генератора здійснюється меншою напругою, яке формується спеціальним стабілізатором. В результаті при зниженні напруги елемента живлення значення напруги, що подається на високочастотний генератор, залишається незмінним.

Існують і інші способи підвищення стабільності частоти ВЧ-генератора, наприклад, використання термостата, спеціальних фільтрів в ланцюзі харчування і т. Д. Необхідну інформацію зацікавлені читачі можуть знайти в спеціалізованій літературі і в мережі Інтернет.

3.2. Генератори з резонансними LC-контурами

У так званих LC-генераторах як селективного елемента використовується резонансний контур, утворений включеними паралельно котушкою індуктивності і конденсатором. Відмінною особливістю цього типу генераторів є мінімальний рівень спотворень формованого сигналу, оскільки резонансний контур пригнічує частотні складові вищих гармонік навіть в тому випадку, коли активний елемент працює в нелінійному режимі.

При розробці малогабаритної транзисторної радіопередавачів професіонали і любителі використовують різні схемотехнічні рішення високочастотних генераторів з резонансними LC-контурами, основу яких становить активний елемент, виконаний на біполярному або польовому транзисторі.

Залежно від схеми підключення резонансного контуру до активного елементу LC-генератори діляться на генератори з індуктивної зв'язком, з ємнісний зв'язком і триточкові генератори. У генераторах з індуктивним зв'язком ланцюг позитивного зворотного зв'язку утворена індуктивної ПОС між вхідним і вихідним електродами транзистора, а в генераторах з ємнісний зв'язком - ємнісний ланцюгом ПОС. У триточкових ВЧ-генераторах, часто званих трехточкі, резонансний контур підключений до активного елементу в трьох точках. Залежно від особливостей схемотехнічного рішення трехточкі можуть бути індуктивними або ємнісними.

У зв'язку з обмеженим обсягом даної книги в наступних розділах будуть розглянуті лише деякі з найбільш популярних схемотехнік високочастотних LC-генераторів, що застосовуються при розробці мініатюрних транзисторних радіопередавальних пристроїв.

LC-генератори з індуктивної зв'язком

Відмінною особливістю LC-генераторів з індуктивним зв'язком, відображеної в їх назві, є ланцюг позитивного зворотного зв'язку, яка забезпечує трансформаторний зв'язок між входом і виходом активного елементу. Схема технічні рішення таких генераторів високочастотних коливань, хоча і рідко, але застосовуються в мініатюрних транзисторних радиопередатчиках і радіомікрофонів.

Перший LC-генератор з індуктивним зворотним зв'язком створив німецький винахідник Олександр Мейсснер (Alexander Meissner) в 1913 році. У його лампової конструкції для забезпечення позитивного зворотного зв'язку використовувалися дві котушки з зустрічним включенням обмоток (так зване трансформаторне включення). Тому в спеціалізованій літературі для позначення такого схемотехнічного рішення часто використовуються назви «схема Мейсснера» або «схема з трансформаторної індуктивним зв'язком». У генераторі за схемою Мейсснера резонансний контур підключений до ланцюга керуючої сітки лампи, включеної за схемою з загальним катодом. Звичайно ж, за минулі роки дане схемотехнічне рішення неодноразово вдосконалювалося, в тому числі і внаслідок появи і застосування нової елементної бази. Проте, схеми транзисторних LC-генераторів з індуктивним зворотним зв'язком, як і раніше називаються схемами Мейсснера.

У високочастотних генераторах мініатюрних радіопередавачів широкого поширення набуло схемотехнічне рішення, в якому резонансний контур включений в ланцюг колектора транзистора активного елементу. Принципова схема простого LC-генератора з індуктивним позитивним зворотним зв'язком, виконаного на біполярному транзисторі за схемою Мейсснера, наведена на рис. 3.1.


Мал. 3.1. Принципова схема простого LC-Cгенератора з індуктивним зворотним зв'язком (варіант 1)


У даній схемі при включенні харчування в колекторної ланцюга транзистора VT1 починає протікати струм, який ініціює виникнення вільних коливань в паралельному резонансному контурі, утвореному конденсатором С1 і котушкою L1. Частота цих коливань визначається параметрами елементів контуру. З котушкою L1 індуктивно пов'язана котушка L2, що входить до складу ланцюга позитивного зворотного зв'язку. За рахунок контурного струму навколо котушки L1 формується змінне магнітне поле, під дією якого в котушці зв'язку L2 виникає ЕРС взаємоіндукції, прикладена до ділянки база-емітер транзистора VT1. Напруга зсуву на базу транзистора подається через резистор R1.

Котушка зв'язку L2 включена таким чином, що фаза сигналу, що подається на базу транзистора VT1, відрізняється на 180є від фази сигналу, який формується на його колекторі. В результаті сигнал, що надходить базу транзистора через ланцюг зворотного зв'язку, виявляється в фазі з вихідним сигналом, тобто виконується умова балансу фаз, необхідне для виникнення стійкої генерації.

ЕРС взаємоіндукції, прикладена до ділянки база-емітер транзистора VT1, ініціює відповідні зміни колекторного струму транзистора. В результаті в складі колекторного струму транзистора VT1 формується змінна складова з частотою коливань в контурі. Саме ця змінна складова колекторного струму забезпечує поповнення втрат енергії в контурі.

Коливання, що виникають при включенні харчування в паралельному резонансному контурі, утвореному конденсатором С1 і котушкою L1, є затухаючими внаслідок втрат енергії в контурі. Для отримання незатухаючих коливань слід подати в контур коливання, що збігаються по фазі з спочатку виникли вільними коливаннями, які до того ж повинні мати достатню потужність для компенсації втрат енергії в контурі, тобто необхідно виконати умову балансу амплітуд. Такі коливання формуються активним елементом генератора (транзистор VT1) за рахунок посилення коливань, що подаються на базу транзистора через ланцюг позитивного зворотного зв'язку, до складу якої входять котушка L2 і розділовий конденсатор С2. Для того щоб посилені коливання мали необхідний фазовий зсув і підтримували коливання в резонансному контурі, а не заглушали їх, необхідно правильно включити котушку L2. У даній схемі змінні напруги на базі і на колекторі транзистора VT1 повинні бути в протифазі. При дотриманні зазначених умов амплітуда коливань в резонансному контурі буде постійною, тобто в контурі будуть існувати незгасаючі коливання.

У спеціалізованій літературі і в мережі Інтернет можна знайти велику кількість конструкцій, до складу яких входять транзисторні LC-генератори з індуктивним зворотним зв'язком. Спрощена принципова схема ще одного з варіантів схемотехнічного рішення LC-генератора з індуктивним ОС, виконаного на біполярному транзисторі, наведена на рис. 3.2.


Мал. 3.2. Спрощена принципова схема LC-генератора з індуктивним зворотним зв'язком (варіант 2)


Як і в розглянутому раніше схемотехническом вирішенні, в даній конструкції селективний елемент являє собою паралельний коливальний контур, підключений в колекторний ланцюг транзистора VT1, по постійному і змінному струмі включеного за схемою з загальним емітером. Слід зазначити, що для зниження впливу транзистора на резонансний контур, підключення часто здійснюється за допомогою додаткового виведення, тобто з меншим реактивним опором. Однак на параметри генератора це не надає особливого впливу, за винятком глибини зворотного зв'язку.

У безпосередній індуктивного зв'язку з котушкою L1 контуру знаходиться котушка L2, яка підключена, відповідно, в ланцюг бази транзистора VT1. Положення робочої точки транзистора визначається величиною опору резистора R1, через який позитивна напруга від джерела живлення подається на базу транзистора.

Як уже зазначалося, однією з умов виникнення і стійкої генерації коливань є баланс амплітуд. У розглянутому схемотехническом вирішенні принцип роботи активного елемента в режимі автоматичної підтримки балансу амплітуд полягає в наступному. При недостатньому рівні глибини зворотного зв'язку через транзистор VT1 протікає струм спокою, тобто транзистор працює в режимі, характерному для звичайних підсилювачів напруги. При збільшенні глибини зворотного зв'язку каскад збуджується, переходячи в режим генерації коливань. Як тільки каскад почне працювати в режимі генерування коливань, в котушці L2 ініціюється змінну напругу, яка випрямляється переходом база-емітер транзистора VT1, як діодом. З урахуванням поляризації цього переходу на базі транзистора і на конденсаторі С2 формується негативне постійна напруга. Воно має протилежну полярність по відношенню до напруги, що подається на базу транзистора VТ1 через резистор R1. В результаті положення робочої точки змінюється, що призводить до певної міри до замикання транзистора. Таким чином, автоматично забезпечується режим роботи, при якому колекторний струм транзистора не перевищує допустиму величину. Необхідний рівень глибини зворотного зв'язку визначається кількістю витків котушки L2 і, природно, відстанню між котушками L1 і L2.

Для того, щоб в даному каскаді коливання виникли і стійко генерувалися, між базою і колектором транзистора Т1 повинен бути відповідний зсув фази, що досягає 180 °. Для виконання цієї умови котушка L2 повинна бути включена відповідним чином, тобто так, як визначають на схемі крапок, які відображають початок витків. Якщо ця умова не буде дотримана, то напруга зворотного зв'язку на базі транзистора не матиме необхідний фазовий зсув (0 ° або 360 °).

Ще один варіант схемотехнічного рішення LC-генератора з індуктивним зворотним зв'язком запропонував американський винахідник Ральф Хартлі (Ralph Hartley) в 1915 році. У його схемі для забезпечення позитивного зворотного зв'язку використовувалася одна котушка, з відведення якої знімалася напруга ланцюга ПОС (так зване автотрансформаторное включення). Тому в спеціалізованій літературі для позначення такого схемотехнічного рішення часто використовуються назви «схема Хартлі» або «схема з автотрансформаторной індуктивним зв'язком».

Слід визнати, що схемотехнічні рішення високочастотних генераторів з індуктивним зв'язком (генератор Хартлі або генератор Мейсснера), незважаючи на свої переваги (наприклад, порівняно велика вихідна потужність) досить рідко використовуються при розробці мініатюрних транзисторних радіопередавальних пристроїв.

LC-генератори з ємнісний зв'язком

У назві LC-генераторів з ємнісний зв'язком відображена їх відмінна риса, яка полягає у використанні ланцюзі позитивного ОС, що забезпечує ємнісний зв'язок між входом і виходом активного елементу. Схема технічні рішення таких генераторів високочастотних коливань досить часто застосовуються в мініатюрних транзисторних радиопередатчиках і радіомікрофони. Принципова схема одного з варіантів LC-генератора з ємнісним зв'язком, основу якого складає біполярний транзистор npn провідності, наведена на рис. 3.3.


Мал. 3.3. Принципова схема LC-генератора із зворотним зв'язком місткості (варіант 1)


У даній схемі транзистор VТ1 по постійному струму включений за схемою з загальним емітером. Положення робочої точки транзистора визначається величинами і співвідношенням опорів резисторів R1 і R2. До складу мостової схеми стабілізації становища робочої точки крім резисторів R1 і R2 входить резистор R3, включений в ланцюзі емітера транзистора VT1.

За змінним струмом транзистор VТ1 включений за схемою із загальною базою. При цьому база транзистора заземлена по високій частоті через конденсатори С1 і С2. Вхідним електродом активного елементу по високій частоті в даному випадку є емітер транзистора VT1. Резонансний контур, утворений конденсаторами С3, С4 і котушкою L1, включений на виході активного елементу, а саме в ланцюзі колектора транзистора.

Для схеми із загальною базою характерна відсутність фазового зсуву між вхідним і вихідним напругами. Справа в тому, що, наприклад, при негативній напівхвиль вхідного напруги струми емітера і колектора транзистора VT1 відповідно зростають. В результаті збільшується падіння напруги на навантаженні, тобто на колекторі транзистора присутній негативна полуволна вихідної напруги.

Ланцюг позитивного зворотного зв'язку утворена конденсатором С5, який включений між колектором і емітером транзистора VТ1. При проходженні через цей ланцюг ПОС фаза сигналу не змінюється. При достатній глибині зворотного зв'язку (при дотриманні умови балансу амплітуд) каскад переходить в режим генерації високочастотних коливань в FM-діапазоні з частотою близько 100 МГц.

Особливістю даної схеми є те, що коливання виникають і стійко генеруються і при порівняно низькому значенні напруги живлення, наприклад, при напрузі 3 В. Крім цього, при використанні відповідного транзистора, що має високу граничну частоту, частота коливань генератора може досягати значень, більших, ніж 100 МГц.

Принципова схема ще одного варіанту LC-генератора з ємнісним зв'язком наведена на рис. 3.4.


Мал. 3.4. Принципова схема LC-генератора із зворотним зв'язком місткості (варіант 2)


У цій схемі транзистор VТ1 по постійному струму включений по схемі із загальним емітером, а по змінному струмі - за схемою із загальною базою, яка заземлена по високій частоті через конденсатор С1. Вхідним електродом активного елементу за змінним струмом, як і в розглянутої раніше конструкції, є емітер транзистора VT1. Резонансний контур, утворений конденсатором С2 і котушкою L1, включений в ланцюг колектора транзистора. Ланцюг позитивного зворотного зв'язку утворена конденсатором С3, який включений між колектором і емітером транзистора VТ1.

Однак для даної конструкції характерні деякі схемотехнічні особливості. Положення робочої точки транзистора VТ1 визначається величиною опору резистора R1. Вихідний сигнал генератора знімається з точки підключення конденсатора С3 ланцюга ОС до емітера транзистора.

Трьохточкові LC-генератори

У конструкціях малогабаритних транзисторних радіопередавальних пристроїв широкого поширення набули ВЧ-генератори з триточковим включенням резонансного контуру, тобто виконаних за схемою так званої трехточкі. Цей термін заснований на застосовуваних при розробці таких пристроїв відповідних схемотехнических рішеннях, для яких характерне підключення резонансного контуру до активного елементу в трьох точках.

Необхідно відзначити, що в спеціалізованій літературі і в мережі Інтернет можна знайти велику кількість конструкцій транзисторних триточкових LC-генераторів, які представляють собою модифікації основоположних схемотехнік і лише на перший погляд мають принципово значущі відмінності від класичних схем. У зв'язку з обмеженим обсягом пропонованої книги в даному розділі будуть розглянуті особливості побудови і функціонування транзисторних триточкових LC-генераторів, основу яких складають лише найбільш часто застосовуються при створенні мініатюрних радіопередавачів схемотехнічні рішення.

Залежно від схеми включення по високій частоті активного елементу транзисторного ВЧ-генератора можливі три основні варіанти включення як індуктивної, так і ємнісний трехточек: по схемі із загальною базою, за схемою з загальним емітером і за схемою із загальним колектором. Спрощені принципові схеми транзисторних триточкових LC-генераторів наведені на рис. 3.5. Особливістю даних схемотехнік є включення активного елементу (біполярний транзистор) за змінним струмом за схемою із загальною базою.


Мал. 3.5. Спрощені принципові схеми LC-генераторів з індуктивної (а) і ємнісний (б) трехточкі


У високочастотному LC-генераторі, виконаному по індуктивної трехточечной схемою (рис. 3.5а), резонансний контур (селективний елемент) утворений включеними послідовно котушками L1, L2 і підключеним паралельно їм конденсатором С1. Цей контур включений в ланцюг вихідного електрода активного елементу, тобто в ланцюг колектора транзистора VT1. В процесі генерації сигнал зворотного зв'язку знімається з точки з'єднання котушок L1, L2 і подається в ланцюг емітера, який є вхідним електродом активного елементу. Таким чином, селективний елемент виявляється підключеним до транзистора в трьох точках. На практиці в індуктивних триточкових генераторах замість двох котушок застосовується одна котушка з відведенням, тому часто таку схему називають трехточкі за схемою Хартлі.

У високочастотному LC-генераторі, виконаному за ємнісний трехточечной схемою (рис. 3.5б), резонансний контур утворений включеними послідовно конденсаторами С1, С2 і підключеної паралельно їм котушкою L1. Цей контур включений в ланцюг вихідного електрода активного елементу, тобто в ланцюг колектора транзистора VT1. В процесі генерації сигнал зворотного зв'язку знімається з точки з'єднання конденсаторів С1, С2, що утворюють так званий ємнісний дільник, і подається в ланцюг емітера, який є вхідним електродом активного елементу. Таким чином, в даному випадку селективний елемент також підключений до транзистора в трьох точках, але вже за допомогою ємнісного дільника. Вперше використовувати ємнісний дільник в ланцюзі позитивного зворотного зв'язку лампового LC-генератора запропонував американський винахідник Едвін Колпітц (Edwin Colpitts) в 1919 році, тому часто таку схему називають трехточкі за схемою Колпітца.

Слід визнати, що в мініатюрних транзисторних радіопередавальних пристроях LC-генератори, виконані за індуктивної трехточечной схемою, застосовуються порівняно рідко. Тому далі будуть розглянуті схемотехнічні рішення LC-генераторів з ємнісним дільником, виконаних за схемою ємнісний трехточкі. Принципова схема одного з варіантів генератора з ємнісним дільником в ланцюзі позитивного зворотного зв'язку приведена на рис. 3.6.


Мал. 3.6. Принципова схема генератора з ємнісним дільником (варіант 1)


У розглянутій конструкції транзистор VТ1 по постійному струму включений за схемою з загальним емітером. При цьому положення робочої точки транзистора визначається величиною опору резистора R1. За змінним струмом транзистор VТ1 включений за схемою із загальною базою, оскільки по високій частоті його база заземлена через конденсатор С1.

Високочастотні коливання виникають в коливальному контурі, включеному між колектором і базою транзистора. Резонансний контур, утворений конденсаторами С2, С3, С4 і котушкою L1, включений на виході активного елементу, тобто в колекторної ланцюга транзистора VТ1. Знімається з ємнісного дільника, утвореного конденсаторами С3 і С4, напруга подається у вхідну ланцюг активного елементу, а саме на емітер транзистора VТ1, в результаті чого каскад виявляється охопленим позитивним зворотним зв'язком. Величина зазначеного напруги, і, відповідно глибина зворотного зв'язку, визначається співвідношенням величин ємностей конденсаторів С3 і С4.

Як і в інших схемотехнічних рішеннях подібних високочастотних LC-генераторів, в даній схемі колектор транзистора VT1 підключений безпосередньо до нижнього за схемою висновку котушки L1. У цьому випадку глибина позитивного зворотного зв'язку визначається лише співвідношенням величин ємностей конденсаторів С3 і С4. Однак часто колектор транзистора підключається до відведення від відповідного витка котушки L1. У цьому випадку глибина зв'язку ланцюга ПОС з виходу активного елементу на його вхід залежить і від вибору витка котушки, до якого підключається колектор транзистора VT1.

Налаштування контуру при регулюванні частоти генерованих коливань здійснюється переважно зміною індуктивності котушки L1 і конденсатора С2, оскільки зміна ємностей конденсаторів С3 і С4 призведе до зміни параметрів ланцюга зворотного зв'язку. Крім цього зміна індуктивності котушки при збільшенні частоти коливань підвищує добротність резонансного контуру. Загасання коливань в резонансному контурі, ініційоване високим вихідним опором транзистора VТ1, досить незначно.

Як уже зазначалося, залежність стабільності частоти генерованих коливань від положення робочої точки транзистора мінімальна при його включенні за змінним струмом за схемою із загальною базою. Колекторний струм мало залежить від напруги між колектором і базою транзистора. В даному випадку транзистор працює в режимі практично з 100% зворотним зв'язком, тому коефіцієнт посилення каскаду по току майже дорівнює одиниці. Це означає, що колекторний струм майже дорівнює току емітера, проте протікає в протилежному напрямку. Крім цього, в активному елементі ВЧ-генератора, виконаному на транзисторі, включеному по схемі із загальною базою, не відбувається поворот фази вихідної напруги по відношенню до вхідного напруги. До того ж вхідний опір такого каскаду порівняно мало і складає зазвичай одиниці або десятки ом, в той же час його вихідний опір на кілька порядків вище.

Принципова схема ще одного варіанту генератора ємнісним дільником приведена на рис. 3.7. Її головна відмінність від розглянутого раніше схемотехнічного рішення полягає в іншому підключенні конденсатора С1, а також у зміні схемотехнічного рішення ємнісного дільника в ланцюзі зворотного зв'язку.


Мал. 3.7. Принципова схема генератора з ємнісним дільником (варіант 2)


По постійному струму транзистор VТ1 в даній схемі включений за схемою з загальним емітером. При цьому положення робочої точки транзистора визначається величинами і співвідношенням опорів дільника, до складу якого входять резистори R1 і R2. Ці ж резистори спільно з резистором R3 утворюють схему стабілізації становища робочої точки. За змінним струмом транзистор VТ1 включений за схемою із загальною базою, оскільки по високій частоті його база заземлена через конденсатор С1.

Високочастотні коливання виникають в коливальному контурі, включеному між колектором і базою транзистора. Резонансний контур, утворений конденсаторами С2, С3, С4 і котушкою L1, включений на виході активного елементу, тобто в колекторної ланцюга транзистора VТ1. При аналізі даного схемотехнічного рішення не слід забувати про те, що верхній за схемою висновок котушки L1 підключений до джерела живлення, який має такий же високочастотний потенціал, як і шина корпусу, і, відповідно, як і база транзистора VТ1.

Знімається з резонансного контуру напруга через ємнісний дільник, утворений конденсаторами С3 і С4, подається у вхідну ланцюг активного елементу, а саме на емітер транзистора VТ1, в результаті чого каскад виявляється охопленим позитивним зворотним зв'язком. Величина зазначеного напруги, і, відповідно глибина зворотного зв'язку, визначається співвідношенням величин ємностей конденсаторів С3 і С4.

У малогабаритних транзисторних радіопередавальних пристроях широкого поширення набули більш складні схемні рішення LC-генераторів з ємнісним дільником. Принципова схема одного з варіантів такого ВЧ-генератора, який може формувати коливання на частотах ЧС- і FM-діапазонів, наведена на рис. 3.8.


Мал. 3.8. Принципова схема LC-генератора з удосконаленим ємнісним дільником


В даному випадку транзистор VТ1 по постійному струму включений також за схемою з загальним емітером. Як і в розглянутої раніше схемою, положення робочої точки транзистора визначається величинами і співвідношенням опорів дільника, до складу якого входять резистори R1 і R2. Ці ж резистори спільно з резистором R3 утворюють схему стабілізації становища робочої точки. За змінним струмом транзистор VТ1 включений за схемою із загальною базою, оскільки по високій частоті його база заземлена через конденсатор С1.

Високочастотні коливання виникають в резонансному контурі, включеному по змінному струмі між колектором і базою транзистора. Резонансний контур утворений конденсаторами С2, С3, С4, С5 і котушкою L1, включений в колекторний ланцюг транзистора VТ1. Знімається з ємнісного дільника напруга ОС подається у вхідну ланцюг активного елементу, а саме на емітер транзистора VТ1, в результаті чого каскад виявляється охопленим позитивним зворотним зв'язком.

У розглянутих вище схемотехнических рішеннях триточкових LC-генераторів транзистор активного елементу по змінному струмі включений по схемі із загальною базою. Однак при розробці мініатюрних транзисторних радіопередавачів і радіомікрофонів широко використовуються схеми, в яких транзистор активного елементу по змінному струмі включений за схемою із загальним колектором.

В активному елементі високочастотного генератора, виконаному на транзисторі, включеному за схемою з загальним колектором, навантаження підключена в ланцюг емітера транзистора, а вихідна напруга знімається з емітера по відношенню до шини корпусу. Вхідний опір такого каскаду, який часто називають емітерний повторювачем, в десятки разів вище, ніж у каскаду з загальним емітером, а вихідний опір, навпаки, порівняно мало. Крім цього коефіцієнт посилення по току у емітерного повторювача майже такий же, як і у каскаду за схемою з загальним емітером. Однак коефіцієнт посилення по напрузі близький до одиниці, причому завжди менше її. Необхідно відзначити, що в схемі із загальним колектором відсутня фазовий зсув між вхідним і вихідним сигналами.

Розрахунки показують, що практична реалізація LC-генератора за схемою ємнісний трехточкі при включенні транзистора по змінному струмі по схемі із загальним колектором представляє певні труднощі внаслідок порівняно малої індуктивності котушки резонансного контуру (до одиниць нГн). Тому при розробці ВЧ-генераторів малогабаритних транзисторних радіопередавальних пристроїв часто використовується схемотехнічне рішення, засноване на заміні котушки з малою індуктивністю послідовно включеними конденсатором і котушкою індуктивності. При цьому на робочій частоті комплексне опір цього послідовного коливального контуру має бути таким же, як і у котушки в класичній схемі трехточкі. Вперше використовувати послідовний коливальний контур в LC-генераторі за схемою ємнісний трехточкі запропонував в 1948 році американський винахідник Джеймс Клапп (James Clapp), тому часто таку схему називають схемою Клаппа. Відмінною особливістю LC-генераторів, виконаних за схемою Клаппа, є порівняно висока стабільність частоти.

Принципова схема одного з варіантів LC-генератора, виконаного за схемою Клаппа на біполярному транзисторі, включеному за змінним струмом за схемою із загальним колектором, наведена на рис. 3.9.


Мал. 3.9. Принципова схема LC-генератора за схемою Клаппа


По постійному струму транзистор VТ1 в даній схемі включений за схемою з загальним емітером. При цьому положення робочої точки транзистора визначається величинами і співвідношенням опорів дільника, до складу якого входять резистори R1 і R2. Ці ж резистори спільно з резистором R3 утворюють бруківку схему стабілізації становища робочої точки. За змінним струмом транзистор VТ1 включений за схемою із загальним колектором, оскільки по високій частоті його колектор заземлений через шунтирующий конденсатор С5.

Послідовний коливальний контур в даній схемі утворений котушкою L1 і конденсатором С2. Одночасно при цьому контуру включені конденсатори С3 і С4, що утворюють ємнісний дільник. Коефіцієнт передачі ланки зворотнього зв'язку або глибина зворотного зв'язку залежить як від величин ємностей зазначених конденсаторів, так і від співвідношення цих значень. Таким чином, селективний елемент включений між емітером (вихід активного елементу) і базою (вхід активного елементу) транзистора VТ1. Формований генератором сигнал синусоїдальної форми знімається з емітера транзистора.

На частоті резонансу через послідовний контур протікає максимальний струм (струм резонансу). Якщо ємність конденсаторів С3 і С4 буде велика, то їх реактивний опір буде порівняно мало. В результаті падіння напруги на них, ініційоване протікає через ці конденсатори струмом резонансу, також буде мало. У цьому випадку зв'язок активного елементу з резонансним контуром мінімальна, оскільки по високій частоті ланцюжок конденсаторів С3 і С4 є практично короткозамкнутую ланцюг.

При зменшенні величин ємностей конденсаторів С3 і С4 падіння напруги на них зростає, відповідно збільшується зв'язок між активним елементом і резонансним контуром. При певному значенні реактивного опору конденсаторів зв'язок між емітером транзистора VТ1 і його базою стане достатньою для того, щоб каскад почав працювати в режимі генерації високочастотних коливань.

Як уже зазначалося, в розглянутому генераторі транзистор VТ1 за змінним струмом включений за схемою із загальним колектором, для якої характерні великий вхідний і мале вихідний опору. Зі схеми видно, що величина вхідного опору каскаду між резонансним контуром і ланцюгом бази транзистора VТ1 визначається величиною ємності конденсатора С3. Величина вихідного опору між ланцюгом емітера транзистора VТ1 і резонансним контуром, в свою чергу, визначається величиною ємності конденсатора С4.

Параметри даного генератора залежать не тільки від величин ємностей конденсаторів С3 і С4, а й від співвідношення цих величин. Зрив генерації досить імовірний при занадто великої місткості конденсатора С3, однак при її зменшенні режим генерації відновлюється. Тому в даній схемі для досягнення стабільності роботи в режимі генерації значень ємностей конденсаторів С3 і С4 слід приділити особливу увагу. На практиці в радіоаматорських умовах величини ємностей конденсаторів С1 і С2, а також їх співвідношення рекомендується підбирати експериментально. Не слід забувати про те, що при заміні резистора R3 дроселем (з метою зниження величини напруги живлення) ємність конденсатора С4 слід збільшити так, щоб зменшити зв'язок між ланцюгом емітера транзистора VТ1 і резонансним контуром.

Природно, стабільна робота генератора забезпечується відповідним режимом роботи, що визначаються правильним вибором положення робочої точки транзистора активного елементу. Зазвичай для її стабілізації використовується мостова схема, яку в даному випадку утворюють резистори R1, R2 і R3.

У деяких випадках між резонансним контуром і базою транзистора VТ1 включається конденсатор С1 порівняно великої місткості. Мале реактивний опір цього конденсатора не впливає на частоту генерації. У той же час застосування цього конденсатора забезпечує відділення бази транзистора VТ1 від резонансного контуру по постійному струму. В результаті можливе коротке замикання між обкладинками конденсатора С2 не впливає на положення робочої точки транзистора.

У даній схемі значення резонансної частоти генератора визначається не тільки параметрами елементів, що входять до складу резонансного контуру, але і параметрами реактивного опору підключається до резонансного контуру навантаження. В даному випадку мова йде про транзисторі VТ1 і ланцюгах його обв'язки. Тому бажано домагатися мінімального впливу ланцюгів зворотного зв'язку на контур, а також вибирати транзистор з відповідними параметрами.

Природно, чим менше глибина зворотного зв'язку, тим менше вплив навантаження на резонансний контур. Тому в процесі налагодження параметри елементів ланцюга зворотного зв'язку, що визначають коефіцієнт передачі ланцюга ПОС, слід вибирати так, щоб при можливо мінімальній глибині зворотного зв'язку генерація була стійкою, в тому числі і при несприятливих умовах роботи транзистора. На практиці величини ємностей конденсаторів С3 і С4 вибирають якомога більшими, а ємність конденсатора С2 - якомога меншою, тобто мінімально необхідної для виникнення коливань.

При перебудові резонансного контуру з метою зміни робочої частоти генератора змінюється і коефіцієнт передачі ланки зворотнього зв'язку, що залежить від параметрів конденсаторів С3 і С4. Наприклад, зі зростанням резонансної частоти глибина зворотного зв'язку зменшується, оскільки опір місткості цих конденсаторів зменшується. В результаті зменшується і напруга, необхідне для підтримки відповідного рівня глибини ОС. Тому головною ознакою якості створеної конструкції генератора є рівномірний вихідна напруга у всьому діапазоні перебудовуються частот.

При виборі коефіцієнта передачі ланцюга ПОС особливу увагу також слід звернути на форму генерується сигналу. Занадто глибока зворотний зв'язок призведе до спотворень синусоїдальної форми вихідного сигналу, що, в свою чергу, є причиною появи небажаних гармонік. Крім цього на форму сигналу впливає і невдалий вибір робочої точки транзистора VТ1. Не слід забувати про те, що транзистор слід вибирати з максимальним коефіцієнтом посилення і граничною частотою.

Робоча частота розглянутого LC-генератора за схемою Клаппа складе близько 100 МГц при використанні бескаркасной котушки L1, що містить 7 витків дроту діаметром 0,8 мм, які намотуються на оправлення діаметром 10 мм. Замість змінного конденсатора С2 рекомендується включити підлаштування конденсатор тій же ємності. При напрузі живлення 10 В колекторний струм транзистора VT1 типу KF173 становить приблизно 5 мА. При використанні інших високочастотних транзисторів рекомендується підібрати положення робочої точки.

На форму вихідного сигналу LC-генератора, виконаного за схемою Клаппа, значний вплив робить і вхідний опір наступного каскаду. Навіть його мала величина впливає на резонансний контур як додаткове реактивний опір, оскільки навіть незначне збільшення струму на виході транзистора VT1 призводить до збільшення струму на його виході. В результаті змінюється режим роботи резонансного контуру, що призводить до погіршення його добротності. Тому підключати, наприклад, помножувач частоти або підсилювальний каскад до виходу такого генератора безпосередньо, без буферного каскаду, не рекомендується.

LC-генератори на польових транзисторах

У розглянутих раніше схемотехнических рішеннях LC-генераторів в якості активного елементу використовувався біполярний транзистор. Однак при розробці мініатюрних радіопередавачів і радіомікрофонів широко застосовуються схеми активних елементів, виконаних на польових транзисторах. Головне достоїнство польових транзисторів, що їх називають канальними або уніполярними, полягає у високому вхідному опорі, порівнянній з вхідним опором електронних ламп. Особливу групу складають польові транзистори з ізольованим затвором.

По змінному струмі польовий транзистор активного елементу високочастотного генератора може бути включений із загальним витоком, із загальним затвором або із загальним стоком. При розробці мікропередавач частіше використовуються схемотехнічні рішення, в яких польовий транзистор по змінному струмі включений за схемою із загальним стоком. Така схема включення польового транзистора аналогічна схемі включення з загальним колектором для біполярного транзистора. В активному елементі, виконаному на польовому транзисторі, включеному за схемою з загальним стоком, навантаження підключена в ланцюг витоку транзистора, а вихідна напруга знімається з витоку по відношенню до шини корпусу.

Коефіцієнт посилення по напрузі такого каскаду, який часто називають Істоковий повторителем, близький до одиниці, тобто вихідна напруга практично дорівнює вхідному. При цьому фазовий зсув між вхідним і вихідним сигналами відсутня. Істоковие повторювачі відрізняє порівняно невелике вхідний опір при підвищеному вхідному опорі. Крім цього для таких каскадів характерна мала вхідна ємність, що призводить до збільшення вхідного опору на високих частотах.

Одним з критеріїв класифікації LC-генераторів на польових транзисторах, як і генераторів на біполярних транзисторах, є схемотехнічне рішення ланцюга позитивного зворотного зв'язку. Залежно від застосованої схеми ланцюга ПОС такі генератори діляться на генератори з індуктивної зв'язком, з ємнісний зв'язком і триточкові генератори (так звані трехточкі). У генераторах з індуктивним зв'язком ланцюг позитивного зворотного зв'язку між вхідним і вихідним електродами транзистора утворена індуктивним зв'язком, а в генераторах з ємнісний зв'язком - ємнісний. У триточкових ВЧ-генераторах, які в свою чергу діляться на індуктивні і ємнісні трехточкі, резонансний контур підключений до активного елементу в трьох точках.

Слід визнати, що при розробці високочастотних генераторів для мініатюрних радіопередавальних пристроїв особливою популярністю користуються схемотехнічні рішення з польовими транзисторами, засновані на застосуванні індуктивного трехточкі (схема Хартлі). Справа в тому, що на високих частотах комплексне вхідний опір польового транзистора велике. Тому транзистор практично не шунтирует резонансний контур, тобто не робить ніякого впливу на його параметри. Принципова схема одного з варіантів високочастотного LC-генератора, виконаного за схемою Хартлі на польовому транзисторі, включеному за змінним струмом за схемою із загальним стоком, наведена на рис. 3.10.


Мал. 3.10. Принципова схема LC-генератора на польовому транзисторі за схемою Хартлі


У даній схемі активний елемент LC-генератора виконаний на польовому транзисторі VT1, який за змінним струмом включений по схемі истокового повторювача, тобто із загальним стоком. Електрод стоку транзистора замкнутий на шину корпусу через конденсатор С2. Резонансний контур утворений включеними паралельно підлаштування конденсатором С1 і котушкою індуктивності L1, від параметрів яких залежить частота генеруючих коливань. Цей контур підключений в ланцюг затвора польового транзистора VT1.

Виниклі в резонансному контурі коливання подаються на затвор транзистора VT1. При позитивній напівхвилі вхідного сигналу на затвор надходить відповідно позитивне напруга, в результаті чого зростає провідність каналу, а струм стоку зростає. При негативній напівхвиль коливання на затвор надходить відповідно негативна напруга, в результаті чого провідність каналу знижується, а струм стоку зменшується. Знімається з електрода витоку транзистора VT1 напруга подається в резонансний контур, а саме на висновок котушки L1, яка по відношенню до витоку транзистора включена за схемою підвищувального автотрансформатора. Таке включення дозволяє збільшити коефіцієнт передачі ланцюга позитивного зворотного зв'язку до необхідного рівня, тобто забезпечує дотримання умови балансу амплітуд. Виконання умови балансу фаз забезпечується включенням транзистора VT1 по схемі із загальним стоком.

Дотримання умов балансу амплітуд і балансу фаз призводить до виникнення стійких коливань на частоті резонансу коливального контуру. При цьому частота генерованого сигналу може змінюватися за допомогою підлаштування конденсатора С1 коливального контуру. Вихідний сигнал, що формується генератором, знімається з електрода витоку польового транзистора VT1.

При конструюванні високочастотних генераторів для мікропередавач нерідко використовуються схемотехнічні рішення з польовими транзисторами, засновані на застосуванні ємнісний трехточкі (схема Колпітца). Принципова схема одного з варіантів високочастотного LC-генератора, виконаного за схемою Колпітца на польовому транзисторі, включеному за змінним струмом за схемою із загальним стоком, наведена на рис. 3.11.


Мал. 3.11. Принципова схема LC-генератора на польовому транзисторі за схемою Колпітца


Активний елемент даного LC-генератора виконаний на польовому транзисторі VT1, який за змінним струмом включений за схемою із загальним стоком. При цьому електрод стоку транзистора замкнутий на шину корпусу через конденсатор С5. Паралельний резонансний контур утворений котушкою індуктивності L1 і конденсаторами С1 - С4, від параметрів яких залежить частота генеруючих коливань. Цей контур включений в ланцюг затвора польового транзистора.

Виниклі в резонансному контурі коливання подаються на затвор транзистора VT1. Знімається з електрода витоку транзистора VT1 напруга через ланцюг зворотного зв'язку подається в резонансний контур, а саме в точку з'єднання конденсаторів С3 і С4, що утворюють ємнісний дільник. Вибір відповідних величин ємностей конденсаторів С3 і С4, а також необхідного співвідношення цих величин дозволяє підібрати такий рівень коефіцієнта передачі ланцюга позитивного зворотного зв'язку, при якому забезпечується дотримання умови балансу амплітуд. Виконання умови балансу фаз забезпечується включенням транзистора VT1 по схемі із загальним стоком.

Дотримання умов балансу амплітуд і балансу фаз забезпечує виникнення стійких коливань на частоті резонансу коливального контуру. При цьому частота генерованого сигналу може змінюватися за допомогою конденсатора С2 (груба настройка) і конденсатора С1 (точна настройка). Вихідний сигнал частотою близько 5 МГц, що формується генератором, знімається з електрода витоку польового транзистора VT1.

3.3. Генератори з кварцовою стабілізацією частоти

Крім генераторів з резонансними LC-контурами при розробці малогабаритної транзисторної радіопередавачів широко використовуються різні схемотехнічні рішення генераторів, частота яких стабілізована кварцовим резонатором. Відмінною особливістю таких генераторів, що їх називають кварцовими, є висока стабільність частоти формованого сигналу, оскільки добротність кварцових резонаторів на кілька порядків перевищує добротність звичайних LC-контурів.

Кварцовий резонатор в ВЧЧгенераторе

Кварцовий резонатор в даний час є невід'ємною частиною багатьох схемотехнік високочастотних генераторів мініатюрних радіопередавачів і радіомікрофонів. Використання кварцових резонаторів обумовлено, в першу чергу, підвищенням вимог до стабільності несучої частоти формованого ВЧ-генератором сигналу і, відповідно, частоти сигналу, випромінюваного передавальним пристроєм.

Перш ніж перейти до розгляду схемотехнік кварцових генераторів високочастотного сигналу несучої частоти, що застосовуються в малогабаритних транзисторних радіопередавальних пристроях, слід згадати основні принципи функціонування кварцового резонатора.

Конструктивно кварцовий резонатор являє собою оброблену відповідним чином пластину кварцу, механічно закріплену в спеціальному утримувачі. Головною відмінною рисою такої кварцовою пластини є її п'єзоелектричні властивості, які проявляються в її механічної деформації під впливом електричного поля. Цей ефект, який часто називають зворотним п'єзоелектричним ефектом, забезпечує виникнення механічних коливань кварцовою пластини в тому випадку, якщо вона буде поміщена в змінне електричне поле. При цьому частота виникли механічних коливань дорівнює частоті коливань електричного поля. Механічні коливання, в свою чергу, викликають появу на поверхні кварцової пластини змінюється відповідним чином електричного заряду, який ініціює появу в колі змінного струму (прямої п'єзоелектричний ефект). Величина цього струму залежить від амплітуди механічних коливань кварцовою пластини.

При наближенні частоти коливань зовнішнього електричного поля до власної резонансної частоті механічних коливань кварцовою пластини амплітуда механічних деформацій різко зростає, а при збігу цих частот стає максимальною. Максимуми амплітуди можуть виникати і в тому випадку, коли частота коливань зовнішнього електричного поля буде кратною частоті механічного резонансу.

Детальний розгляд конструктивних особливостей, механічних властивостей і електричних параметрів кварцових резонаторів виходить за рамки даної книги. Додаткову інформацію зацікавлений читач знайде в спеціалізованій літературі і в мережі Інтернет. Тому далі наводиться досить коротка інформація, що стосується особливостей функціонування кварцових резонаторів в транзисторних ВЧ-генераторах мініатюрних радіопередавачів.

Кварцовий резонатор, включений в електричний ланцюг, можна представити у вигляді послідовного коливального контуру, до складу якого входять еквівалентна індуктивність пластини L ЕКВ , її еквівалентна ємність С ЕКВ , а також опір втрат R ЕКВ . Цей ланцюжок утворює так звану динамічну галузь. Оскільки кварцова пластина встановлена в спеціальному тримачі, що володіє певною статичної ємністю С0, до складу еквівалентної схеми паралельно послідовного контуру слід включити і цю ємність, яка утворює так звану статичну гілка. Еквівалентна схема кварцового резонатора приведена на рис. 3.12.


Мал. 3.12. Еквівалентна схема кварцового резонатора


Еквівалентна схема кварцового резонатора визначає наявність двох резонансних частот. Перша з них являє собою резонансну частоту послідовного коливального контуру (частота послідовного резонансу), значення якої розраховується на підставі параметрів входять до його складу елементів і практично збігається з частотою механічного резонансу пластини. Наявність ємності, підключеної паралельно динамічної гілки, призводить до появи резонансної частоти паралельного коливального контуру (частота паралельного резонансу), яка вище частоти послідовного резонансу.

На частотах нижче частоти послідовного резонансу опір контуру має ємнісний характер, оскільки струм контуру випереджає напругу. Безпосередньо на частоті послідовного резонансу опір контуру мінімально, а струм і напруга співпадають по фазі. На частотах, які перебувають між частотами послідовного і паралельного резонансів, опір еквівалентного контуру має індуктивний характер. В результаті в паралельному контурі, утвореному цієї индуктивностью і ємністю статичної гілки, виникає паралельний резонанс на відповідній частоті. При цьому загальний опір контуру максимально, а струм і напруга співпадають по фазі.

На підставі розглянутих особливостей еквівалентної схеми кварцового резонатора можна зробити висновок про те, що можливі кілька варіантів його застосування в транзисторних ВЧ-генераторах малогабаритних радіопередавальних пристроїв.

По-перше, схемотехнічне рішення високочастотного генератора може бути засноване на використанні кварцового резонатора як елемента з індуктивним опором в складі резонансного контуру. Зазвичай в таких генераторах, виконаних по трехточечной схемою і часто званих осциляторний, кварцовий резонатор застосовується в якості одного з реактивних опорів трехточкі. При цьому в ємнісний трехточкі кварцовий резонатор включається між колектором і базою транзистора, а в індуктивного трехточкі - або між емітером і базою, або між емітером і колектором транзистора активного елементу.

По-друге, схемотехнічне рішення високочастотного генератора може бути засноване на використанні кварцового резонатора як послідовного резонансного контуру. У таких генераторах, що їх називають генераторами послідовного резонансу, кварцовий резонатор включається в ланцюг позитивного зворотного зв'язку, а його еквівалентний опір має активний характер.

По-третє, кварцовий резонатор може бути підключений паралельно резонансного контуру генератора. В таких схемах, часто званих схемами з затягуванням, утворюється система з двох взаємно пов'язаних контурів. Одним з цих контурів є кварцовий резонатор, який повинен працювати на частоті паралельного резонатора. Слід визнати, що схемотехнічні рішення, засновані на схемах з затягуванням, застосовуються порівняно рідко.

Деякі фахівці виділяють в окрему групу кварцові генератори, в яких частота генерації являє собою одну з непарних гармонік частоти кварцового резонатора. Найчастіше це третя або п'ята гармоніка, проте іноді можуть використовуватися 15-я і навіть 21-я гармоніки. Такі генератори називають гармоніковий.

При розробці малогабаритних транзисторних радіопередавальних пристроїв широкого поширення набули схемотехнічні рішення високочастотних генераторів перших двох груп, тобто осциляторних генераторів і генераторів послідовного резонансу. Необхідно відзначити, що в спеціалізованій літературі і в мережі Інтернет можна знайти велику кількість конструкцій, які являють собою модифікації вказаних генераторів, а їх схеми лише на перший погляд мають принципово значущі відмінності від основних схемотехнічних рішень. В даному розділі будуть розглянуті особливості роботи генераторів з кварцовою стабілізацією частоти, основу яких складають лише найбільш часто застосовуються схемотехнічні рішення.

Трьохточкові кварцові генератори

Серед радіоаматорів, що займаються конструюванням мініатюрних транзисторних радіопередавачів і радіомікрофонів вельми популярні схемотехнічні рішення кварцових ВЧ-генераторів з триточковим включенням резонансного контуру. У таких генераторах, як і в триточкових LC-генераторах, підключення резонансного контуру до активного елементу здійснюється в трьох точках. При цьому, в залежності від схеми включення по змінному струмі транзистора активного елементу кварцового трехточечного генератора можливі три основні варіанти включення як індуктивної, так і ємнісний трехточек: по схемі із загальною базою, за схемою з загальним емітером і за схемою із загальним колектором.

Кварцовий резонатор використовується в триточкових генераторах як елемент з індуктивним характером реактивного опору. Тому при виборі схеми генератора з ємнісним дільником в колі зворотного зв'язку (місткість трехточкі) можна домогтися виконання умов самозбудження без використання котушки індуктивності.

В даний час в мініатюрних транзисторних передавачах найчастіше використовуються три типи триточкових кварцових генераторів, виконаних з використанням ємнісного дільника в ланцюзі ПОС. Головна відмінність цих схемотехнік, званих по іменах їх винахідників, полягає в способі включення транзистора активного елементу за змінним струмом. В ємнісний трехточкі за схемою Пірса транзистор включений за схемою з загальним емітером, в ємнісний трехточкі за схемою Колпітца - із загальним колектором, а в ємнісний трехточкі за схемою Клаппа - із загальною базою. Спрощені принципові схеми триточкових кварцових генераторів зазначених типів наведені на рис. 3.13.


Мал. 3.13. Спрощені принципові схеми кварцових ємнісних трехточек за схемою Пірса (а), за схемою Колпітца (б) і за схемою Клаппа (в)


Вельми цікавим видається схемотехнічне рішення ємнісний трехточкі з включенням кварцового резонатора між базою і колектором транзистора активного елементу (рис. 3.13а). Його вперше запропонував американський винахідник Джордж Пірс (Pierce), тому часто така схема генератора називається схемою Пірса. Принципова схема високочастотного кварцового генератора за схемою Пірса, виконаного на біполярному транзисторі, включеному за схемою з загальним емітером, наведена на рис. 3.14. Частота генерується сигналу становить 1 МГц.


Мал. 3.14. Принципова схема трехточечного кварцового генератора за схемою Пірса з частотою 1 МГц


У даній схемі активний елемент виконаний на біполярному транзисторі VT1, який за змінним струмом включений за схемою з загальним емітером. Стабілізація робочої точки транзистора забезпечується за допомогою ланцюга ООС, а режим роботи транзистора VT1 по постійному струму визначається величиною опору резистора R1. Особливістю даної схеми є включення кварцового резонатора BQ1 між базою і колектором транзистора, тобто в ланцюзі негативного зворотного зв'язку. При цьому значення частоти генерованих коливань рекомендується вибирати трохи нижче частоти паралельного резонансу.

При зміні параметрів конденсаторів С1 і С2 в даному генераторі можна використовувати кварцові резонатори з більшою частотою. Наприклад, для частот від 10 МГц до 30 МГц ємність цих конденсаторів повинна складати 27 пФ. Відповідно слід зменшити і індуктивність дросельної котушки L1.

Відмінною особливістю кварцових генераторів, виконаних за схемою Пірса, є порівняно висока стабільність частоти генерованого високочастотного сигналу, оскільки на добротність кварцового резонатора параметри підключаються до нього елементів практично не надають помітного впливу. У той же час амплітуда вихідного сигналу в значній мірі залежить від стабільності становища робочої точки транзистора. Тому нерідко використовуються схемотехнічні рішення, в яких для стабілізації становища робочої точки транзистора активного елементу застосована і так звана класична бруківка схема.

Принципова схема високочастотного кварцового генератора за схемою Пірса з використанням класичної схеми стабілізації становища робочої точки транзистора, наведена на рис. 3.15. В даному випадку частота генерованого сигналу може складати від 1 МГц до 3 МГц.


Мал. 3.15. Принципова схема кварцового трехточечного генератора за схемою Пірса з частотою від 1 МГц до 3 МГц


Як і в розглянутої раніше схемою активний елемент генератора виконаний на біполярному транзисторі VT1, який за змінним струмом включений за схемою з загальним емітером. Однак в даній схемі положення робочої точки транзистора VT1 визначається співвідношенням величин опорів резисторів R1 і R2, що утворюють дільник напруги в ланцюзі бази транзистора. До складу мостової схеми стабілізації становища робочої точки в даному випадку крім резисторів R1 і R2 входить резистор R3, включений в ланцюзі емітера транзистора VT1. По високій частоті резистор R3 утворює ланцюг позитивного зворотного зв'язку, глибина якої зменшується підключенням конденсатора С3. Таким чином, стабілізація становища робочої точки забезпечується використанням ланцюга негативного зворотного зв'язку по струму за рахунок підключення резистора R3 і конденсатора С3 в ланцюг емітера транзистора VT1. Більш докладно принцип дії такого ланцюга ООС було розглянуто у відповідному розділі однієї з попередніх глав.

Для того, щоб каскад почав працювати в режимі генерації коливань, необхідно забезпечити зсув фази між виходом і входом активного елементу на 180 °. Виконання цієї умови забезпечується відповідним включенням конденсаторів С2, С4 і С5. Ємності конденсаторів С2 і С4 слід вибирати максимально можливими, однак їх величини обмежені можливостями транзистора VT1 по забезпеченню самозбудження каскаду. Тому в даній конструкції рекомендується застосовувати транзистор з максимальним посиленням по току. Нагадаємо, що розглядається схемотехнічне рішення засноване на використанні індуктивної складової комплексного опору кварцового резонатора BQ1, який працює в режимі, близькому до режиму паралельного резонансу. Резонансну частоту в незначних межах можна регулювати за допомогою підлаштування конденсатора С1, який включений послідовно з кварцовим резонатором BQ1.

На конденсаторах С4 і С5 зібраний ємнісний дільник, з якого знімається вихідний сигнал. Вхідний комплексний опір активного елемента генератора визначається величиною ємності конденсатора С2, а вихідний - ємностями конденсаторів С4 і С5. Ємність конденсатора С5 порівняно велика, тому його опором місткості в даному випадку можна знехтувати. Цей конденсатор забезпечує сприятливі умови для зняття вихідного сигналу з колектора транзистора VT1.

Необхідно відзначити, що в разі, якщо напруга в мережі досить велике, високочастотний дросель L1 в ланцюзі колектора транзистора можна замінити звичайним резистором.

Дане схемотехнічне рішення практично без будь-яких змін можна використовувати при побудові генератора з більш високою робочою частотою. Наприклад, при використанні кварцового резонатора BQ1, що має частоту від 3 МГц до 10 МГц ємність конденсатора С1 повинна бути зменшена до 330 пФ, ємність конденсатора С2 - до 150 пФ, а ємність конденсатора С4 - до 1500 пФ. При використанні кварцового резонатора BQ1, що має частоту від 10 МГц до 30 МГц ємність конденсатора С1 повинна бути зменшена до 180 пФ, ємність конденсатора С2 - до 47 пФ, а ємність конденсатора С4 - до 330 пФ.

Для отримання більш високих значень частот сигналу використовуються схемотехнічні рішення так званих гармоніковий генераторів за схемою Пірса, в яких частота генерації являє собою одну з непарних гармонік частоти кварцового резонатора. Найчастіше це третя, п'ята або сьома гармоніки. Однак розгляд таких схем виходить за рамки даної книги.

Генератори Пірса цілком заслужено вважаються генераторами з найкращого короткочасної стабільністю частоти. Однак недоліком таких схем є порівняльна складність. До того ж особливу увагу слід приділяти якісної стабілізації базового струму транзистора. Недоліком генераторів за схемою Пірса можна вважати і те, що жоден з висновків кварцового резонатора не підключений до шини корпусу.

При розробці транзисторних мікропередавач і радіомікрофонів нерідко використовується схемотехнічне рішення трехточечного кварцового генератора, в якому транзистор активного елементу по змінному струмі включений за схемою із загальним колектором. При цьому кварцовий резонатор, що має індуктивний характер реактивного опору, входить до складу паралельного резонансного контуру як індуктивної гілки. Ємнісна гілка цього контуру утворена двома включеними послідовно конденсаторами, в точку з'єднання яких подається сигнал з виходу активного елементу (рис. 3.13б). В результаті конденсатори утворюють ємнісний дільник в ланцюзі позитивного зворотного зв'язку, тому таку схему кварцового генератора часто називають схемою Колпітца. Принципова схема кварцового трехточечного генератора за схемою Колпітца приведена на рис. 3.16. Частота генерується сигналу може складати від 10 МГц до 25 МГц при вихідному ефективному напрузі від 200 мВ до 300 мВ.


Мал. 3.16. Принципова схема кварцового трехточечного генератора за схемою Колпітца з частотою від 10 МГц до 25 МГц


У розглянутій конструкції транзистор VТ1 по постійному струму включений за схемою з загальним емітером. При цьому положення робочої точки транзистора визначається величиною опорів резисторів R1 і R2, що утворюють дільник напруги. За змінним струмом транзистор VТ1 включений за схемою із загальним колектором, оскільки по високій частоті його колектор заземлений через конденсатор С5 порівняно великої місткості.

Високочастотні коливання виникають в коливальному контурі, включеному по змінному струмі між базою транзистора VТ1 і шиною корпусу. Резонансний контур утворений кварцовим резонатором BQ1 і конденсаторами С1, С2, С3 і С4. Сигнал, сформований в емітерний ланцюга транзистора VТ1, тобто на виході активного елементу, подається на ємнісний дільник, утворений конденсаторами С3 і С4, що входить до складу резонансного контуру. Знімається з ємнісного дільника напруга подається у вхідну ланцюг активного елементу, а саме на базу транзистора VТ1, в результаті чого каскад виявляється охопленим позитивним зворотним зв'язком. Величина напруги ОС, і, відповідно, глибина зворотного зв'язку, визначається співвідношенням величин ємностей конденсаторів С3 і С4.

Необхідно відзначити, що при стабілізації положення робочої точки транзистора VT1 зазначеним способом, тобто за допомогою мостової схеми, до складу якої входять резистори R1, R2 і R4, резисторний дільник робить помітний вплив на добротність кварцового резонатора BQ1. Це вплив пояснюється тим, що при порівняно високому вхідному опорі транзистора елементи зазначеного подільника виступають в якості додаткового навантаження п'єзоелектричного елемента. В результаті зменшення добротності кварцового резонатора може привести до погіршення параметрів всього каскаду. Вирішити дану проблему можна або вибором можливо великих величин опорів резисторів подільника, або застосуванням більш простих схем стабілізації становища робочої точки транзистора (без резисторного подільника). Однак у другому випадку, швидше за все, стабільність положення робочої точки буде гірше.

Ємність конденсаторів С3 і С4, які використовуються в ємнісному делителе, слід вибирати якомога більшою, особливо якщо в якості активного елементу каскаду застосовується транзистор з менш якісними високочастотними параметрами. При цьому ємність конденсатора С4 в вихідний ланцюга зазвичай вибирається в 2-3 рази більшою, ніж ємність конденсатора С3. Висока сумарна ємність дозволяє послідовно з кварцовим резонатором включити ланцюжок з двох включених паралельно конденсаторів С1 і С2. Підлаштування конденсатор забезпечує можливість регулювання робочої частоти генератора в незначних межах.

Розглянуте схемотехнічне рішення може стати основою транзисторного генератора з вихідною частотою до 100 МГц. Однак в цьому випадку рекомендується використовувати гармонійні складові основної частоти генерації. До переваг схеми Колпітца слід віднести і те, що один з висновків кварцового резонатора BQ1 при необхідності може бути підключений безпосередньо до шини корпусу. Для цього достатньо виключити зі схеми конденсатори С1 і С2.

Не менш цікавим видається схемотехнічне рішення ємнісний трехточкі з включенням кварцового резонатора між емітером і колектором транзистора активного елементу (рис. 3.13в). Таку схему часто називають схемою Клаппа. Принципова схема кварцового трехточечного генератора за схемою Клаппа приведена на рис. 3.17.


Мал.3.17. Принципова схема кварцового генератора з включенням транзистора по схемі із загальною базою (схема Клаппа)


Транзистор VТ1 по постійному струму включений за схемою з загальним емітером. При цьому положення робочої точки транзистора визначається величиною опорів резисторів R1 і R2, що утворюють дільник напруги. За змінним струмом транзистор VТ1 включений за схемою із загальною базою, оскільки по високій частоті його база заземлена через конденсатор С1 порівняно великої місткості. Стабілізація положення робочої точки транзистора VT1 забезпечується бруківці схемою, до складу якої крім резисторів R1 і R2 входить резистор R4 в ланцюзі емітера транзистора.

Кварцовий резонатор BQ1 включений у вихідний ланцюга активного елементу, між колектором транзистора VT1 і шиною корпусу. Зв'язок вихідний і вхідний ланцюгів активного елементу забезпечується включенням між колектором і емітером транзистора VT1 ємнісного дільника, утвореного конденсаторами С3 і С4. Ємності цих конденсаторів слід вибирати максимально можливими, однак не слід забувати про те, що одночасно з їх збільшенням зменшується глибина зворотного зв'язку, що призводить до погіршення режиму роботи кварцового резонатора BQ1. В даному випадку ємнісний дільник підключений паралельно резонатора, тому його загальний опір місткості має бути хоча б в два рази більше, ніж внутрішній опір резонатора, для того, щоб зворотний зв'язок мала достатню глибину. При необхідності розміру ємностей конденсаторів С3 і С4 можна зменшити. Паралельно конденсатору С3 рекомендується підключити підлаштування конденсатор С5.

Зі схеми видно, що для досягнення високого вихідного опору каскаду величина опору резистора R3 в ланцюзі колектора транзистора VT1 повинна бути великою. Однак реалізація цієї умови досить складна, оскільки одночасно необхідно забезпечити стабільний режим роботи транзистора. У цьому полягає один з недоліків розглянутого схемотехнічного рішення. Проте, при дотриманні певного компромісу можна сконструювати генератор з вельми прийнятними параметрами.

При виборі величини опору резистора R3 не слід забувати про те, що його мале значення одночасно зі зменшенням вихідного опору каскаду призводить до зменшення добротності кварцового резонатора, який працює в режимі паралельного резонансу. Збільшити опір резистора R3 можна за рахунок збільшення напруги джерела живлення. При низькій напрузі харчування замість резистора R3 рекомендується включити дросель.

Генератори послідовного резонансу

Схемотехнічне рішення високочастотного кварцового генератора може бути засноване на застосуванні кварцового резонатора як елемента ланцюга позитивного зворотного зв'язку. У таких генераторах, що їх називають генераторами послідовного резонансу, кварцовий резонатор використовується як послідовний резонансний контур і працює на частотах, близьких до частоти послідовного резонансу. При цьому еквівалентний опір кварцового резонатора має активний характер.

В даний час відомо кілька основних схемотехнічних рішень кварцових генераторів послідовного резонансу, кожне з яких має свої переваги і недоліки. Серед таких схем слід зазначити генератори за схемами Батлера (Butler) і за схемою Хегнер (Hegner). При цьому генератори послідовного резонансу за схемою Батлера можуть бути виконані як на одному, так і на двох транзисторах.

Спрощена принципова схема кварцового генератора послідовного резонансу за схемою Батлера на двох транзисторах приведена на рис. 3.18. Головною особливістю даного схемотехнічного рішення є включення кварцового резонатора BQ1 в ланцюг позитивного зворотного зв'язку між емітером транзисторів VT1 і VT2.


Мал. 3.18. Спрощена принципова схема кварцового генератора послідовного резонансу за схемою Батлера на двох транзисторах


Спрощена принципова схема кварцового генератора послідовного резонансу за схемою Батлера на одному транзисторі приведена на рис. 3.19. У цьому випадку транзистор VT1 по змінному струмі включений по схемі із загальною базою. Особливістю цього схемотехнічного рішення є включення кварцового резонатора BQ1 в ланцюг позитивного зворотного зв'язку між колектором і емітером транзистора VT1.


Мал.3.19. Спрощена принципова схема кварцового генератора послідовного резонансу за схемою Батлера на одному транзисторі


Спрощена принципова схема кварцового генератора послідовного резонансу за схемою Хегнер приведена на рис. 3.20. Головною особливістю даної схеми є включення кварцового резонатора BQ1 в ланцюг позитивного зворотного зв'язку між колектором транзистора VT2 і базою транзистора VT1.


Мал. 3.20. Спрощена принципова схема кварцового генераторів послідовного резонансу за схемою Хегнер


Слід визнати, що зазначені схемотехнічні рішення порівняно рідко застосовуються при розробці високочастотних генераторів мініатюрних радіопередавальних пристроїв. Справа в тому, що більш складні схемні рішення генераторів з кварцовою стабілізацією частоти зазвичай засновані на використанні двох і більше транзисторів, що веде до ускладнення схеми і збільшення кількості пасивних елементів. У спеціалізованій літературі і в мережі Інтернет можна знайти велику кількість конструкцій, які являють собою модифікації зазначених схем генераторів послідовного резонансу, а їх схеми лише на перший погляд мають принципово значущі відмінності від основних схемотехнічних рішень. У зв'язку з обмеженим обсягом пропонованої книги в даному розділі будуть розглянуті особливості роботи кварцових генераторів послідовного резонансу на основі схем Батлера.

В першу чергу мова йде про схемотехническом вирішенні кварцового генератора за схемою Батлера, виконаного на двох транзисторах. Відмінною особливістю даної схеми транзисторного ВЧ-генератора, що характеризується якістю, надійністю і універсальністю, є включення кварцового резонатора в ланцюг зворотного зв'язку між емітером транзисторів. Різні модифікації цієї схеми широко використовуються при розробці генераторів з частотами від 10 МГц до 200 МГц.

Принципова схема одного з варіантів високочастотного кварцового генератора послідовного резонансу за схемою Батлера, виконаного на двох транзисторах, наведена на рис. 3.21.Частота генерується сигналу даної конструкції складає від 6 МГц до 30 МГц при вихідній напрузі 200 мВ. Струм при напрузі живлення 9 В не перевищує 3 мА, вихідний опір близько 200 Ом.


Мал. 3.21. Принципова схема кварцового генератора послідовного резонансу за схемою Батлера, виконаного на двох транзисторах


У даній схемі ланцюг позитивного зворотного зв'язку утворює П-образна ланцюжок, до складу «горизонтальної» частини якої входять включені послідовно кварцовий резонатор BQ1, підлаштування конденсатор С4 і котушка індуктивності L2, а «вертикальні» складові утворюють резистори R6 і R8, що мають малі опору. Ланцюг ПОС підключена до емітера транзисторів VT1 і VT2 через розділові конденсатори С3 і С5. Таким чином, в даній конструкції повні опори кіл на контактах кварцового резонатора BQ1, який працює в режимі так званого послідовного резонансу, малі.

Транзистор VT1 по змінному струмі включений по схемі із загальною базою, оскільки його базовий електрод підключений до шини корпусу через конденсатор С1. Положення робочої точки транзистора стабілізується звичайної бруківки схемою, до складу якої входять резистори R1, R2 і R5.

При генерації на основний гармонійної складової в якості навантаження в ланцюг колектора транзистора VT1 включений звичайний резистор. При генерації на гармонійних складових в якості колекторної навантаження використовується LC резонансний контур, настроєний на частоту відповідної гармоніки. Завданням резонансного контуру є корекція фазового зсуву, необхідного при виборі тієї чи іншої гармонійної складової. Одночасно змінюється і глибина зворотного зв'язку. Часто в ланцюг навантаження паралельно LC-контуру підключається резистор для того, щоб знизити добротність резонансної ланцюга.

Сформований на колекторі транзистора VT1 сигнал через резистор R7 проходить на базу транзистора VT2, з емітера якого знімається сигнал, що надходить в ланцюг зворотного зв'язку. З урахуванням того, що база транзистора VT2 безпосередньо пов'язана з колектором транзистора VT1, положення його робочої точки визначається в тому числі і величиною опору резистора R10. Величина опору цього резистора повинна бути порівняно високою, оскільки на колекторі транзистора VT1 присутня велика позитивна напруга.

Нерідко при розробці кварцових ВЧ-генераторів послідовного резонансу використовуються схемотехнічні рішення, засновані на так званій схемі Батлера на одному транзисторі. У зарубіжній спеціалізованій літературі такі схеми часто називають схемами 1 / 2 Баттлера. У вітчизняній спеціалізованій літературі можна зустріти такі назви, як, наприклад, однокаскадні фільтрові схеми. У зазначених однокаскадних генераторах транзистор активного елементу за змінним струмом може бути включений за схемою із загальною базою або за схемою із загальним колектором.

Принципова схема кварцового генератора послідовного резонансу за схемою Батлера, виконаного на одному біполярному транзисторі, включеному по схемі із загальною базою, наведена на рис. 3.22. Частота генерується сигналу становить 80 МГц при вихідному ефективному напрузі 200 мВ на навантаженні 50 Ом. Струм при напрузі живлення 9 В не перевищує 3 мА.


Мал.3.22. Принципова схема кварцового генератора послідовного резонансу за схемою Батлера на одному транзисторі, включеному по схемі із загальною базою


Транзистор VТ1 по постійному струму включений за схемою з загальним емітером. При цьому положення робочої точки цього транзистора визначається величиною опорів резисторів R1 і R2, що утворюють дільник напруги. За змінним струмом транзистор VТ1 включений за схемою із загальною базою, оскільки по високій частоті його база заземлена через конденсатор С1 порівняно великої місткості. Стабілізація положення робочої точки транзистора VT1 забезпечується бруківці схемою, до складу якої крім резисторів R1 і R2 входить і резистор R5 в ланцюзі емітера транзистора VТ1.

До виходу активного елементу (колектор транзистора VT1) підключений паралельний резонансний контур, утворений котушкою індуктивності L1 і ланцюжком, що складається з послідовно включених конденсаторів С2 і С3, що утворюють ємнісний дільник. Знімається точки з'єднання конденсаторів С2 і С3 сигнал зворотного зв'язку через кварцовий резонатор BQ1 подається на вхід активного елементу (емітер транзистора VT1).

У кварцовому генераторі послідовного резонансу за схемою Батлера на одному транзисторі, включеному по схемі із загальною базою, сигнал зворотного зв'язку може зніматися і з відповідного відведення котушки L1, тобто з використанням індуктивного подільника. Однак в цьому випадку ускладнюється процес налаштування генератора. Проте, таке схемотехнічне рішення іноді застосовується при створенні ВЧ-генераторів на частоту що генерується сигналу до 40 МГц.

Необхідно відзначити, що при використанні схемотехнік ВЧ-генераторів за схемами 1 / 2 Баттлера як з ємнісним, так і з індуктивним дільником, на виході генератора слід встановлювати буферний каскад.

В даний час існує велика кількість варіантів схем високочастотного кварцового генератора за схемою Батлера на одному транзисторі, заснованих як на розглянутих, так і інших схемотехнічних рішеннях, наприклад, з включенням транзистора по схемі із загальним колектором. Однак обмежений обсяг пропонованого видання, на жаль, не дозволяє їх розглянути. Необхідну додаткову інформацію, що стосується питань схемотехніки ВЧ-генераторів для мініатюрних радіопередавальних пристроїв та радіомікрофонів, зацікавлені читачі можуть знайти в спеціалізованій літературі і в мережі Інтернет.

4. Модулятори високочастотного сигналу

Принцип дії радіопередавача в загальних рисах полягає в тому, що надходить на його вхід корисна інформація перетворюється в електричний НЧ-сигнал, який відповідним чином змінює генерується ВЧ-генератором сигнал, який передається через антенний тракт на вихід пристрою. Формування перетвореного ВЧ-сигналу, що несе корисну інформацію, здійснюється спеціальним каскадом, який називається модулятором і є невід'ємною частиною радіопередавальних пристроїв, починаючи від найпростіших аматорських конструкцій і закінчуючи сучасними професійними радіопередавачами.

У цьому розділі розглядаються особливості схемотехнік модуляторів, найбільш часто використовуваних при розробці малогабаритних транзисторних радіопередавальних пристроїв. Окремі розділи присвячені принципам формування модульованого сигналу, а також відмінною схемотехническим особливостям модуляторів сигналу високочастотних LC-генераторів і генераторів з кварцовою стабілізацією частоти, застосовуваних в мініатюрних радиопередатчиках. Особливу увагу приділено розгляду деяких схемотехнік, найбільш часто використовуваних при розробці та створенні каскадів, що забезпечують модуляцію ВЧ-сигналів за допомогою варикапов.

Детальний опис принципів функціонування модуляторів малогабаритних радіопередавачів, на жаль, виходить за рамки пропонованого видання в зв'язку з його обмеженим обсягом. Тому принципи роботи таких пристроїв, як і що протікають в окремих вузлах і каскадах фізичні процеси, розглянуті дуже спрощено, а наведені далі основні поняття і визначення не претендують на академічну точність.

4.1. Загальні відомості

Перш ніж перейти до розгляду схемотехнік модуляторів, що застосовуються при розробці мініатюрних транзисторних радіопередавальних пристроїв, автор вважає за необхідне навести деякі основні відомості, що стосуються теоретичних основ модуляції високочастотних радіосигналів.

Основні поняття і визначення

Головна вимога, що пред'являється практично до будь-якого радіопередавачів, полягає в забезпеченні передачі певної інформації. Тому в процесі функціонування радіопередавача призначена для передачі інформація, яка надходить на вхід такого пристрою, спочатку перетвориться в електричний сигнал низької частоти і, якщо потрібно, додатково обробляється в відповідних каскадах низькочастотного тракту (наприклад, обмежується і / або посилюється). Остаточно сформований на виході НЧ-тракту сигнал впливає на високочастотний сигнал, що генерується ВЧ-генератором, і відповідним чином змінює один або кілька його параметрів. Перетворений ВЧ-сигнал при необхідності піддається додатковій обробці у відповідних каскадах високочастотного тракту (наприклад, в каскадах посилення і / або множення), після чого передається в антенний тракт.

На підставі викладеного можна зробити висновок про те, що під модуляцією в радіотехніці розуміється процес зміни одного або декількох параметрів несучого (найчастіше високочастотного) коливання або сигналу відповідно до зміни параметрів коливання або сигналу (найчастіше низькочастотного), що містить підлягає передачі інформацію.

Несе коливання, зване модульованим сигналом, являє собою електромагнітний сигнал, призначений для утворення радіочастотного сигналу за допомогою модуляції. У мініатюрних транзисторних радиопередатчиках модульований сигнал формується високочастотним генератором.

Електричний сигнал низької частоти, що містить інформацію, яка підлягає передачі, називається модулирующим. Цей сигнал може бути як безперервним, так і імпульсним. У мініатюрних радіопередавальних пристроях формування безперервного модулюючого низькочастотного сигналу здійснюється за допомогою перетворення звукових коливань або акустичних сигналів за допомогою спеціальних акустико-електричних перетворювачів. Зазвичай в ролі таких перетворювачів виступають добре відомі мікрофони різних типів, що забезпечують перетворення енергії акустичних коливань навколишнього середовища в змінний електричний струм звукової частоти. Цей сигнал, при необхідності, посилюється мікрофонним підсилювачем.

В процесі модуляції відповідно до зміни параметрів сигналу, що модулює відбувається зміна одного або декількох параметрів модулируемого сигналу. У найпростішому випадку при використанні як безперервного, так і імпульсного модулюючого сигналу змінними параметрами модулируемого сигналу можуть бути, наприклад, його амплітуда, частота або фаза.

У радіопередавальних пристроях модуляція здійснюється за допомогою спеціального каскаду, який називається модулятором і зазвичай має два входи і один вихід. При цьому на низькочастотний вхід подається сигнал, що модулює, а на високочастотний вхід - модульований сигнал. Перетворений радіосигнал, який містить корисну інформацію, знімається з виходу модулятора. Цей сигнал часто називають модульованим.

Необхідно відзначити, що головною відмінною рисою мініатюрних радіопередавальних пристроїв є їх простота, що забезпечується використанням при їх розробці відповідних схемотехнік. Тому в транзисторних мікропередавач модулятор нерідко складається всього лише з декількох елементів. Особливою популярністю користуються схемотехнічні рішення, що дозволяють здійснити модуляцію сигналу за допомогою безпосереднього впливу модульованого низькочастотного сигналу на параметри входять до складу високочастотного генератора елементів. Саме такі схемотехнічні рішення розглядаються далі.

види модуляції

Залежно від особливостей переданої інформації і вимог, що пред'являються до якості передачі, в даний час використовуються різні види модуляції. Наприклад, при використанні безперервного сигналу, що модулює змінюваними параметрами модулируемого сигналу можуть бути його амплітуда, частота і фаза. Тому при обробці ВЧ-сигналу застосовуються відповідно амплітудна, частотна і фазова модуляція. Якщо ж в якості модулюючого використовується імпульсний сигнал, то модульований сигнал може оброблятися, відповідно, за допомогою, наприклад, частотно-імпульсної, фазо-імпульсною або широтно-імпульсної модуляції. В даний час широко застосовується попереднє перетворення безперервного сигналу, що несе корисну інформацію, в імпульсну форму. Сформований на виході низькочастотного тракту імпульсний сигнал використовується в якості модулюючого сигналу.

Мініатюрні радіопередавачі зазвичай працюють в безперервному режимі. При розробці модуляторів для таких пристроїв використовуються схемотехнічні рішення, що дозволяють забезпечити зміну одного параметра ВЧ-сигналу, найчастіше частоти або амплітуди. Тому що розглядаються у відповідних розділах даної глави конструкції являють собою малогабаритні транзисторні радіопередавачі з частотної або амплітудної модуляцією ВЧ-сигналу.

У режимі амплітудної модуляції високочастотного сигналу працювали перші радіомовні станції, що використовувалися для передачі мови і музики. Цей вид модуляції широко використовується і в даний час, наприклад, для звукового радіомовлення в діапазонах довгих, середніх і коротких хвиль (ДВ, СВ і КВ), для трьохпрограмного проводового мовлення, а також в окремих областях радіозв'язку і телевізійного мовлення. Різновидом амплітудної модуляції є однополосная модуляція, яка, однак, практично не використовуються в мініатюрних транзисторних радиопередатчиках.

В процесі амплітудної модуляції відповідно до миттєвим значенням рівня модулюючого НЧ-сигналу змінюється амплітуда модулируемого ВЧ-коливання несучої частоти. При цьому частота модулируемого сигналу залишається постійною. Миттєва амплітуда модульованого сигналу теоретично може мати будь-який рівень в межах від 0 до 100% від рівня модулируемого коливання. Однак на практиці використовуються менші рівні модуляції, зазвичай в межах від 30% до 50%.

Головними недоліками сигналів з амплітудною модуляцією є їх слабка перешкодозахищеність і порівняно низька якість переданого корисного сигналу. У той же час дальність передачі АМ-сигналів, наприклад, в діапазонах ДВ і КВ з відбиттям від іоносфери, значно більше, ніж сигналів з іншими видами модуляції.

Частотна модуляція високочастотного сигналу використовується, наприклад, для передачі сигналів радіомовних станцій в діапазонах УКХ та FM, а також в радіостанціях CB діапазону. Звичайно ж, частотна модуляція широко застосовується і в інших сферах радіотехніки, наприклад, у військовій радіозв'язку.

В процесі частотної модуляції відповідно до миттєвим значенням рівня модулюючого НЧ-сигналу змінюється частота модулируемого ВЧ-коливання. При цьому амплітуда модулируемого сигналу залишається постійною. Відхилення частоти модулируемого коливання, наприклад, у сигналів FM-діапазону зазвичай знаходиться в межах від ± 50 кГц до ± 75 кГц, а у аматорських радіостанцій не перевищує 10 кГц.

Головними перевагами сигналів з частотною модуляцією, в порівнянні з АМ-сигналами, є висока перешкодозахищеність, менший рівень шумів при зниженні рівня модульованого сигналу, а також високу якість переданого корисного сигналу.

Для передачі корисного сигналу використовуються і інші види модуляції. Однак вони практично не використовуються в мініатюрних транзисторних радиопередатчиках, тому їх розгляд виходить за рамки даної книги.

Основні способи модуляції

Одна з головних завдань, що вирішуються при створенні мініатюрних радіопередавальних пристроїв та радіомікрофонів, полягає в використанні найменшого можливого кількості елементів при досягненні необхідної якості сигналу, що передається. Успішне вирішення цього завдання забезпечується застосуванням відповідних схемотехнік, в тому числі і при розробці модуляторів. Тому в транзисторних мікропередавач модулятори зазвичай дуже прості і складаються всього лише з декількох елементів.

При розробці радіопередавачів професіонали і любителі використовують різні схемотехнічні рішення модуляторів. Проте особливою популярністю при розробці транзисторних мікропередавач користуються схемотехнічні рішення, що дозволяють здійснити модуляцію сигналу за допомогою безпосереднього впливу модульованого низькочастотного сигналу на параметри елементів, що входять до складу високочастотного генератора. При використанні таких схемотехнік як амплітудна, так і частотна модуляція високочастотного сигналу може здійснюватися кількома способами.

По-перше, в процесі модуляції відповідно до миттєвим значенням рівня сигналу, що модулює можуть змінюватися параметри і режими роботи активного елемента ВЧ-генератора. По-друге, можуть змінюватися параметри і режими роботи селективного елемента. І, по-третє, модулювати ВЧ-сигнал можна за допомогою зміни параметрів ланцюга позитивного зворотного зв'язку. На практиці в транзисторних мікропередавач найчастіше застосовуються перші два способи модуляції, окремі варіанти яких і будуть розглянуті у відповідних розділах даної глави.

Одним з основних способів здійснення модуляції ВЧ-сигналу є безпосередній вплив модулюючого низькочастотного сигналу на параметри активного елемента, що входить до складу ВЧ-генератора. У мініатюрних транзисторних радиопередатчиках активний елемент зазвичай виконаний на одному транзисторі, тому при використанні відповідних схемотехнік забезпечується зміна параметрів і режимів роботи цього транзистора. Режим роботи транзистора ВЧ-генератора може змінюватися, наприклад, в тому випадку, коли відповідно до модулюючим сигналом змінюється напруга живлення каскаду. Такий спосіб модуляції часто застосовується для отримання амплітудної модуляції ВЧ-сигналу як LC-генераторів, так і генераторів з кварцовою стабілізацією частоти. Крім цього нерідко використовуються схеми, в яких миттєве значення сигналу, що модулює змінює величину напруги зсуву, що подається на базу транзистора, тобто впливає на положення робочої точки транзистора. Досить популярні схемотехнічні рішення, що дозволяють здійснити модуляцію за допомогою зміни певних параметрів транзистора активного елементу, наприклад, величини міжелектродних ємностей. Такі способи модуляції зазвичай застосовуються для отримання частотної модуляції сигналу LC-генератора.

Не менш широко в радіоаматорських конструкціях транзисторних мікропередавач застосовуються схемотехнічні рішення, що забезпечують модуляцію за допомогою впливу модульованого НЧ-сигналу на параметри селективного елемента, який зазвичай є паралельний резонансний контур. Параметри такого контуру можуть змінюватися, наприклад, в тому випадку, коли відповідно до модулюючим сигналом змінюється ємність входять до складу контуру елементів. В результаті за допомогою простих схем можна домогтися формування ЧС-сигналу з вельми прийнятними параметрами.

Особливою популярністю користуються схемотехнічні рішення, в яких для отримання ВЧ-сигналу, модульованого по частоті, застосовуються спеціальні напівпровідникові елементи, наприклад, варикапи. Модулятори на варикапах застосовуються для отримання частотної модуляції сигналів не тільки LC-генераторів, а й генераторів з кварцовою стабілізацією частоти.

Звичайно ж, в спеціалізованій літературі і в мережі Інтернет можна знайти чимало схемотехнік транзисторних мікропередавач, в яких для модуляції ВЧ-сигналів використовуються і інші способи. Однак розгляд особливостей функціонування таких пристроїв виходить за рамки пропонованої книги. Тому в цьому розділі основну увагу приділено опису найпростіших схем, що забезпечують реалізацію згаданих вище способів модуляції.

Необхідно відзначити, що одна з несприятливих особливостей наведених далі схемотехнік АМ- і ЧС-модуляторів, обумовлена ​​їх простотою, полягає в наявності так званих паразитних модуляцій. Справа в тому, що при зміні певних параметрів і режимів роботи окремих елементів ВЧ-генератора за допомогою найпростіших схем модуляції практично завжди одночасно зі зміною, наприклад, амплітуди несучого високочастотного сигналу відповідно до миттєвим значенням сигналу, що містить корисну інформацію (амплітудна модуляція), відбувається зміна частоти ВЧ-сигналу (частотна модуляція). І, навпаки, при здійсненні частотної модуляції в якості паразитного проявляється амплітудна модуляція сигналу несучої частоти. Таким чином, при використанні одного і того ж схемотехнічного рішення можна створити мікропередавач, за допомогою якого, наприклад, в КВ-діапазоні можна передавати АМ-сигнали, а в УКХ-діапазоні - ЧС-сигнали. При цьому вибір діапазону і, відповідно, вид модуляції залежить від параметрів і номіналів елементів відповідних каскадів, в першу чергу генератора ВЧ-сигналу.

4.2. Модуляція за допомогою варикапа

У малогабаритних транзисторних радіопередавальних пристроях і радіомікрофони для отримання частотно-модульованого сигналу нерідко застосовуються спеціальні напівпровідникові прилади, які називаються варикапами. З їх допомогою можна модулювати за частотою сигнали, що формуються як LC-генераторами, так і генераторами з кварцовою стабілізацією частоти.

Принцип дії і основні параметри варикапа

Варікап є різновидом напівпровідникового діода, одним з основних властивостей якого є залежність так званої бар'єрної ємності від прикладеного до нього зворотної напруги. При цьому негативний полюс джерела напруги повинен бути підключений до позитивного висновку варикапа. У процесі подачі на варікап керуючого напруги, наприклад, НЧ-сигналу, миттєве значення цього сигналу викликає відповідну зміну величини зворотної напруги на електродах варикапа. В результаті відбувається і зміна його бар'єрної ємності. Таким чином, в схемах модуляторів варікап використовується в якості аналога конденсатора змінної ємності, керованого не механічно, а електрично, за допомогою зміни величини зворотної напруги.

Необхідно відзначити, що в модуляторах мініатюрних радіопередавачів нерідко в якості варикапов використовуються кремнієві стабілітрони при зворотній напрузі, величина якого менше напруги стабілізації, коли зворотний струм ще дуже малий, і, отже, зворотне опір стабілітрона дуже велике.

Основними параметрами варикапа є його номінальна ємність, коефіцієнт перекриття по ємності в робочому інтервалі напруг, максимальна робоча частота, добротність конденсатора, роль якого виконує варікап, а також температурний коефіцієнт варикапа.

Номінальна ємність варикапа представляє його бар'єрну ємність при заданій напрузі зсуву. На підставі залежності бар'єрної ємності від прикладеного до висновків варикапа зворотної напруги будується так звана вольт-фарадні характеристика варикапа, що має ділянку, форма якого близька до лінійної. Для того щоб варікап працював саме на цій ділянці характеристики, на його електроди слід подати вихідне напруга зсуву, величина якого визначає положення робочої точки варикапа, тобто його номінальну бар'єрну ємність.

Під коефіцієнтом перекриття по ємності в робочому інтервалі напруг розуміється відношення загальних ємностей варикапа при двох заданих значеннях зворотної напруги. Зазвичай визначення даного коефіцієнта здійснюється для ємностей в робочому інтервалі напруг, тобто коефіцієнт перекриття по ємності являє собою відношення максимальної і мінімальної ємностей варикапа.

Значення максимальної робочої частоти визначає граничну частоту, при перевищенні якої основні параметри варикапа перестають відповідати паспортним даним. Добротність конденсатора, роль якого виконує варікап, розраховується як відношення реактивного опору на заданій частоті до опору втрат при заданій ємності варикапа або зворотній напрузі. На особливу увагу заслуговує температурний коефіцієнт варикапа, який характеризує залежність величини його ємності від температури навколишнього середовища.

Крім зазначених параметрів при виборі варикапа для каскаду модуляції мініатюрного радіопередавача слід звернути увагу на такі параметри, як максимальна розсіює потужність, максимально допустима зворотна постійна напруга, а також постійний зворотний струм при цьому напрузі.

Основні схеми включення варикапа

Одним з основних способів здійснення модуляції в транзисторних мікропередавач є вплив модулюючого НЧ-сигналу на параметри селективного елемента ВЧ-генератора. Селективний елемент зазвичай являє собою резонансний контур, утворений паралельнопід'єднаних котушкою індуктивності і конденсатором. Зміна параметрів входить до складу контуру котушки індуктивності в мініатюрних радиопередатчиках досить важко, оскільки відповідні схемотехнічні рішення дуже складні, а їх реалізація трудомістка. У той же час застосування варикапа, доступного і дешевого напівпровідникового елемента, ємність якого можна змінювати, безпосередньо подаючи на його висновки модулююча напруга, значно спрощує рішення задачі. Тому схемотехнічні рішення модуляторів на варикапах, що забезпечують частотну модуляцію ЧС-сигналу з вельми прийнятними параметрами, користуються особливою популярністю.

У транзисторних LC-генераторах варікап як елемент з ємнісним характером комплексного опору може бути підключений до резонансного контуру як паралельно, так і послідовно.

Спрощені принципові схеми включення варикапа паралельно резонансного контуру (без ланцюгів формування напруги зсуву варикапа) наведені на рис. 4.1.Відмінною особливістю схемотехнічного рішення, зображеного на рис. 4.1б, є включення варикапа замість конденсатора паралельного резонансного контуру.


Мал. 4.1. Принципові схеми включення варикапа паралельно резонансного контуру (а) і замість конденсатора резонансного контуру (б)


При розробці модулятора на варикапа не слід забувати про те, що для функціонування цього напівпровідникового приладу в штатному режимі на його висновки слід подавати напруга зсуву певної величини. Тому до складу модулюючого каскаду необхідно включити відповідну ланцюг формування напруги зсуву варикапа. Така ланцюг в мініатюрних транзисторних передавачах зазвичай виконується на резисторах. Принципова схема паралельного коливального контуру з ланцюгом формування напруги зсуву варикапа приведена на рис. 4.2.


Мал. 4.2. Принципова схема паралельного коливального контуру з ланцюгом формування напруги зсуву варикапа


Паралельний коливальний контур утворений котушкою індуктивності L1 і ємністю варикапа VD1. Резонансна частота контура може змінюватися при зміні величини зворотної напруги на варикапа, яке залежить від положення движка потенціометра R2. Для того щоб зменшити шунтуючі вплив потенціометра R2 на добротність контуру, в ланцюг включений резистор R1, що має порівняно великий опір. Також до складу ланцюга включений розділовий конденсатор С1, без якого варікап VD1 виявився б замкнутий накоротко через котушку L1.

Спрощені принципові схеми включення варикапа послідовно з елементами резонансного контуру (без ланцюгів формування напруги зсуву варикапа) наведені на рис. 4.3. При цьому варікап може бути включений як послідовно з конденсатором контуру, так і послідовно з котушкою індуктивності.


Мал. 4.3. Принципові схеми включення варикапа послідовно з конденсатором (а) і послідовно з котушкою індуктивності (б) контуру


Крім цього відомі схемотехнічні рішення, в яких варікап підключається комбіновано, з частковим включенням. Спрощена принципова схема такого контуру наведена на рис. 4.4.


Мал. 4.4. Принципова схема комбінованого включення варикапа


Аналогічні схеми включення варикапа використовуються і в транзисторних триточкових LC-генераторах. Широке поширення отримали схемотехнічні рішення, в яких варікап підключається паралельно котушці індуктивності (в індуктивних трехточкі), а також паралельно одному з конденсаторів ємнісного дільника ВЧ-генератора (в ємнісних трехточкі).

Досить різноманітні схемотехнічні рішення модуляторів із застосуванням варикапа, призначені для модуляції сигналу генераторів з кварцовою стабілізацією частоти. При створенні таких конструкцій доводиться, з одного боку, вимагати більшої стабільності частоти генератора за допомогою кварцового резонатора, а з іншого - забезпечувати можливість зміни цієї частоти за законом модулюючого сигналу. Зазвичай при розробці транзисторних мікропередавач для ВЧ-генератора з кварцовою стабілізацією частоти вибираються осциляторні схеми, в яких кварцовий резонатор використовується в якості елемента з індуктивним характером комплексного опору в резонансному контурі. В цьому випадку варікап, як елемент із змінною по закону модуляції ємністю, може бути підключений як послідовно, так і паралельно кварцовим резонатору.

Більш детальну інформацію про способи включення варикапа в контурах LC-генераторів і генераторів з кварцовою стабілізацією частоти зацікавлений читач може знайти в спеціалізованій літературі і в мережі Інтернет.

4.3. Модуляція сигналу LC-генераторів

В даний час в транзисторних мікропередавач і радіомікрофони широкого поширення набули схемотехнічні рішення модуляторів, в яких в процесі модуляції відповідно до миттєвим значенням рівня сигналу, що модулює змінюються параметри і режими роботи активного елемента ВЧ-генератора, тобто біполярного або польового транзистора. Окрему групу становлять схеми модуляторів з використанням варикапов, зміна ємності яких згідно із законом модулюючого сигналу призводить до відповідної зміни параметрів селективного елемента, тобто резонансного контуру. У зв'язку з обмеженим обсягом даної книги в наступних розділах будуть розглянуті лише деякі з найбільш популярних схемотехнік модуляторів ВЧ-сигналу LC-генераторів, що застосовуються при розробці мініатюрних транзисторних радіопередавальних пристроїв.

Модуляція сигналу LC-генераторів з індуктивної і ємнісний зв'язком

У застосовуваних в мініатюрних радиопередатчиках LC-генераторах з індуктивної позитивним зворотним зв'язком для модуляції ВЧ-сигналу зазвичай використовується просте схемотехнічне рішення, засноване на подачі модулюючого НЧ-сигналу безпосередньо в ланцюг бази транзистора активного елементу. Принципова схема одного з варіантів подачі сигналу, що модулює на LC-генератор з індуктивною позитивним зворотним зв'язком наведена на рис. 4.5.


Мал. 4.5. Принципова схема модулятора для LC-генератора з індуктивним зворотним зв'язком


У даній схемі транзистор VT1, на якому виконаний активний елемент ВЧ-генератора, по постійному і змінному струму включений за схемою з загальним емітером. Положення робочої точки транзистора визначається величиною опору резистора R1. Модулирующий НЧ-сигнал через розділовий конденсатор С1 подається на базу транзистора VT1. При цьому миттєве значення сигналу, що модулює змінює величину напруги зсуву, що подається на базу транзистора VT1, тобто впливає на положення робочої точки транзистора. Посилений НЧ-сигнал, що формується на колекторі транзистора VT1, ініціює зміну падіння напруги на резонансному контурі, що приводить до відповідної зміни як амплітуди, так і частоти сигналу ВЧ-генератора.

Аналогічні схемотехнічні рішення, засновані на подачі модулюючого НЧ-сигналу на базу транзистора активного елементу ВЧ-генератора, широко застосовуються для модуляції сигналу LC-генераторів з ємнісний позитивним зворотним зв'язком. Принципова схема одного з варіантів такого схемотехнічного рішення наведена на рис. 4.6.


Мал. 4.6. Принципова схема модулятора для LC-генератора із зворотним зв'язком місткості (варіант 1)


У даній конструкції транзистор VТ1 по постійному струму включений за схемою з загальним емітером. Положення робочої точки транзистора визначається величинами і співвідношенням опорів резисторів R2 і R3. До складу мостової схеми стабілізації становища робочої точки крім резисторів R2 і R3 входить резистор R4, включений в ланцюг емітера транзистора VT1. За змінним струмом транзистор VТ1 включений за схемою із загальною базою. При цьому база транзистора заземлена по високій частоті через конденсатори С2 і С3. Як і в розглянутої раніше схемою, модулирующий НЧ-сигнал через розділовий конденсатор С1 подається на базу транзистора VT1. Модульований сигнал формується на колекторі транзистора VT1.

Принципова схема ще одного варіанту подачі сигналу, що модулює на LC-генератор з ємнісний ПОС приведена на рис. 4.7.


Мал.4.7. Принципова схема модулятора для LC-генератора із зворотним зв'язком місткості (варіант 2)


На відміну від розглянутої раніше конструкції становище робочої точки транзистора VТ1 визначається величиною опору резистора R1, а модульований сигнал знімається з точки підключення конденсатора С4 ланцюга ОС до емітера транзистора.

Модуляція сигналу триточкових LC-генераторів

Схема технічні рішення, засновані на подачі модулюючого НЧ-сигналу безпосередньо в ланцюг бази транзистора активного елементу, широко застосовуються при розробці модуляторів для ВЧ-генераторів, виконаних по триточковим схемами. Однак в мініатюрних транзисторних радіопередавальних пристроях на біполярних транзисторах LC-генератори, виконані за індуктивної трехточечной схемою, застосовуються порівняно рідко. Тому в даному розділі розглянуті лише схемотехнічні рішення модуляторів для LC-генераторів з ємнісним дільником, виконаних за схемою ємнісний трехточкі.

Принципова схема одного з варіантів подачі сигналу, що модулює на LC-генератор з ємнісним дільником приведена на рис. 4.8.


Мал. 4.8. Принципова схема модулятора для LC-генератора з ємнісним дільником (варіант 1)


В даному випадку положення робочої точки транзистора VТ1, по постійному струму включеного за схемою з загальним емітером, визначається величиною опору резистора R1. За змінним струмом транзистор включений за схемою із загальною базою, оскільки по високій частоті його база заземлена через конденсатор С2.

Модулирующий НЧ-сигнал подається на базу транзистора VT1 через розділовий конденсатор С1. Відповідно до миттєвим значенням цього сигналу змінюється величина напруги зсуву, що подається на базу транзистора VT1, тобто змінюється положення робочої точки транзистора. В результаті НЧ-сигнал, що формується на колекторі транзистора VT1, ініціює зміну падіння напруги на резонансному контурі, при цьому згідно із законом модулюючого сигналу відбувається зміна амплітуди і частоти сигналу ВЧ-генератора. Таким чином, на колекторі транзистора VT1 формується модульований сигнал.

Принципова схема ще одного варіанту подачі сигналу, що модулює на LC-генератор з ємнісним дільником приведена на рис. 4.9.


Мал. 4.9. Принципова схема модулятора для LC-генератора з ємнісним дільником (варіант 1)


У цій конструкції транзистор VТ1 по постійному струму включений також за схемою з загальним емітером. Однак, на відміну від розглянутої раніше схеми, положення робочої точки транзистора визначається величинами і співвідношенням опорів дільника, до складу якого входять резистори R1 і R2. Ці ж резистори спільно з резистором R3 утворюють схему стабілізації становища робочої точки транзистора. Модульований сигнал знімається з емітера транзистора VТ1.

Варикапи в модуляторах LC-генераторів

Основу розглянутих в попередніх розділах ланцюгів, що забезпечують модуляцію сигналу LC-генератора, складають схемотехнічні рішення, в яких модулирующий НЧ-сигнал подається безпосередньо в ланцюг бази транзистора активного елементу. В результаті в процесі модуляції відповідно до миттєвим значенням рівня сигналу, що модулює змінюються параметри і режими роботи активного елемента ВЧ-генератора.

На практиці при розробці мініатюрних радіопередавачів і радіомікрофонів широко використовуються схемотехнічні рішення, засновані на модуляції високочастотного сигналу за допомогою відповідної зміни параметрів селективного елемента. При цьому перевага віддається схемами, в яких згідно із законом модулюючого сигналу змінюється ємність варикапа, що входить до складу резонансного контуру.

Принципова схема одного з варіантів модулятора на варикапа, що забезпечує частотну модуляцію сигналу LC-генератора, виконаного за схемою ємнісний трехточкі на біполярному транзисторі pnp провідності, наведена на рис. 4.10.


Мал.4.10. Принципова схема модулятора на варикапа для LC-генератора, виконаного за схемою ємнісний трехточкі на біполярному транзисторі pnp провідності


У даній схемі активний елемент LC-генератора виконаний на транзисторі VT1. Цей транзистор по постійному струму включений по схемі із загальним емітером, а по змінному струмі - за схемою із загальною базою, оскільки електрод бази підключений до шини корпусу через конденсатор С2. Положення робочої точки транзистора VT1 визначається величинами і співвідношенням опорів дільника, до складу якого входять резистори R3 і R4. Ці ж резистори спільно з резистором R5 утворюють схему стабілізації становища робочої точки.

Варикап VD1 підключений паралельно котушці індуктивності L1 і Конденсатори підлаштування С5, які входять до складу резонансного контуру. Напруга зсуву подається на Варикап через резистори R1 і R2. Конденсатор С1 великої місткості забезпечує розв'язку варикапа VD1 і колектора транзистора VT1 по постійному струму. Модулирующий НЧ-сигнал подається на Варикап через резистор R2. Модульований сигнал знімається з емітера транзистора VТ1.

При використанні в якості джерела НЧ-сигналу електретного мікрофона величина опору резистора R1 вибирається такий, щоб напруга живлення, що подається на мікрофон, відповідало його паспортним даним. Після цього підбирається величина опору резистора R2 таким чином, щоб падіння напруги на варикапа VD1 дорівнювало заданої напруги зсуву, що забезпечує роботу в так званому режимі мовчання. При цьому паралельно мікрофону рекомендується підключити шунтирующий конденсатор ємністю близько 1000 пФ.

Якщо ж на варікап VD1 передбачається подавати сигнал, що модулює, що знімається з виходу мікрофонного підсилювача, то резистор R1 одночасно може використовуватися в якості колекторної навантаження транзистора підсилювального каскаду. При цьому величина його опору визначається обраним режимом роботи цього транзистора.

Принципова схема одного з варіантів модулятора на варикапа, що забезпечує частотну модуляцію сигналу LC-генератора, виконаного за схемою індуктивного трехточкі на польовому транзисторі, наведена на рис. 4.11.


Мал. 4.11. Принципова схема модулятора на варикапа для LC-генератора, виконаного за схемою індуктивного трехточкі на польовому транзисторі


Особливістю даного схемотехнічного рішення є включення варикапа VD1 паралельно резонансного контуру, утвореного підлаштування конденсатором С2 і котушкою індуктивності L1. Напруга зсуву подається на Варикап через резистори R1 і R2. Конденсатор С1 великої місткості забезпечує розв'язку варикапа VD1 і затвора транзистора VT1 по постійному струму. Модулирующий НЧ-сигнал подається на Варикап через резистор R2. Модульований сигнал знімається з електрода витоку транзистора VТ1. Вибір величин опорів резисторів R1 і R2 визначається з урахуванням виконання тих же вимог, які були викладені при описі попередньої конструкції.

4.4. Модуляція сигналу ВЧ-генераторів з кварцовою стабілізацією частоти

При розробці мініатюрних транзисторних радіопередавачів і радіомікрофонів з застосуванням генераторів з кварцовою стабілізацією частоти зазвичай використовуються схемотехнічні рішення модуляторів, що забезпечують амплитудную і частотну модуляцію частоти. При цьому реалізація амплітудної модуляції найчастіше здійснюється зміною напруги живлення активного елемента генератора відповідно до модулюючим сигналом. Частотна модуляція сигналу кварцового генератора зазвичай забезпечується застосуванням різних варіантів схемотехнік, заснованих на використанні варикапов.

амплітудна модуляція

Для забезпечення амплітудної модуляції сигналу, формованого ВЧ-генератором з кварцовою стабілізацією частоти, в малогабаритних транзисторних радіопередавальних пристроях зазвичай застосовуються схеми модуляторні каскадів, виконаних на одному транзисторі. Як уже зазначалося, широко використовуються схемотехнічні рішення каскадів, які в процесі модуляції забезпечують зміна напруги живлення активного елемента генератора відповідно до миттєвим значенням рівня сигналу, що модулює.

Принципова схема одного з варіантів такого модулятора, основу якого складає біполярний npn-транзистор, наведена на рис. 4.12.


Мал. 4.12. Принципова схема амплітудного модулятора на біполярному npn-транзисторі для генератора з кварцовою стабілізацією частоти


У розглянутій конструкції на транзисторі VT1 виконаний кварцовий генератор, а на транзисторі VT2 - модулятор радіосигнали пристрою. Транзистор VT1 по змінному струмі включений по схемі із загальним емітером, стабілізація робочої точки цього транзистора забезпечується за допомогою ланцюга ООС, а режим роботи по постійному струму визначається величиною опору резистора R1. Модулирующий низькочастотний сигнал подається на базу транзистора VT2 через розділовий конденсатор С1. Режим роботи цього транзистора визначається величиною опору резистора R2.

Особливістю даного схемотехнічного рішення модулятора є включення переходу колектор-емітер транзистора VT2 між емітером транзистора VT1 і шиною корпусу. Відповідно до миттєвим значенням модулюючого НЧ-сигналу, що надходить на базу транзистора VT2, відбувається замикання або відмикання цього транзистора. При цьому змінюється падіння напруги на переході колектор-емітер транзистора VT2, що призводить до зміни величини напруги живлення, яке подається на каскад, виконаний на транзисторі VT1. В результаті змінюється режим роботи транзистора VT1 по постійному струму з відповідною зміною амплітуди ВЧ-сигналу, який формується кварцовим генератором. Модульований по амплітуді сигнал знімається з колектора транзистора VТ1.

Необхідно відзначити, що величина опору резистора R2 вибирається так, щоб з урахуванням значення споживаного генератором струму величина напруги на колекторі транзистора VT2 дорівнювала приблизно половині напруги живлення. При необхідності напруга на колекторі транзистора модулятора може бути в межах від 1 / 4 до 3 / 4 напруги харчування конструкції.

Каскад, що забезпечує амплітудну модуляцію сигналу кварцового генератора, може бути виконаний на біполярному транзисторі pnp провідності. Принципова схема одного з варіантів такого модулятора наведена на рис. 4.13.


Мал. 4.13. Принципова схема амплітудного модулятора на біполярному pnp-транзисторі для генератора з кварцовою стабілізацією частоти


На транзисторі VT1 виконаний модулятор, а на транзисторі VT2 - кварцовий генератор радіосигнали пристрою. Особливістю даного схемотехнічного рішення модулятора є включення переходу колектор-емітер транзистора VT1 між колектором транзистора VT2 і позитивної шиною джерела живлення. Положення робочої точки транзистора VT1 визначається величинами і співвідношенням опорів дільника, до складу якого входять резистори R1 і R2.

Транзистор активного елементу генератора по змінному струмі включений по схемі із загальним емітером, при цьому положення робочої точки транзистора VT2 визначається величинами і співвідношенням опорів дільника, до складу якого входять резистори R3 і R4. Ці ж резистори спільно з резистором R5 утворюють схему стабілізації становища робочої точки. Кварцовий резонатор BQ1 включений послідовно з конденсатором С2 в ланцюг зворотного зв'язку між колектором і базою транзистора VT2.

Модулирующий низькочастотний сигнал подається на базу транзистора VT1 через розділовий конденсатор С1. Відповідно до миттєвим значенням модулюючого НЧ-сигналу відбувається замикання або відмикання цього транзистора і, як наслідок, змінюється падіння напруги на переході колектор-емітер. В результаті за законом модулюючого сигналу змінюється величина напруги живлення, що подається на транзистор VT2, на якому виконаний активний елемент генератора. Зміна режиму роботи транзистора VT2 по постійному струму призводить до відповідної зміни амплітуди формованого кварцовим генератором ВЧ-сигналу. Модульований по амплітуді сигнал знімається з колектора транзистора VТ2.

частотна модуляція

Основу розглянутих в попередньому розділі конструкцій каскадів, які забезпечують амплітудну модуляцію сигналу ВЧ-генераторів з кварцовою стабілізацією частоти, складають схемотехнічні рішення, в яких відповідно до модулюючим сигналом змінюється напруга живлення активного елемента. Однак на практиці при розробці мініатюрних радіопередавачів і радіомікрофонів широко використовуються модулятори, що дозволяють реалізувати частотну модуляцію високочастотного сигналу кварцового генератора.

Необхідно відзначити, що при конструюванні таких пристроїв розробники змушені вирішувати дві, здавалося б, взаємовиключні завдання. З одного боку, слід домогтися достатнього рівня стабілізації частоти ВЧ-генератора, а з іншого - необхідно забезпечити прийнятне зміна цієї частоти за законом модулюючого сигналу. Результатом вирішення цих завдань є певний компроміс, який досягається, наприклад, за допомогою застосування схемотехнік каскадів модуляції на варикапах.

Особливістю аматорських конструкцій транзисторних мікропередавач з частотною модуляцією є часте застосування схемотехнік осциляторних ВЧ-генераторів з кварцовою стабілізацією частоти, в яких кварцовий резонатор використовується в якості елемента з індуктивним характером комплексного опору в резонансному контурі. При цьому варікап, як елемент із змінною по закону модуляції ємністю, підключається або послідовно, або паралельно кварцовим резонатору.

Не слід забувати про те, що послідовне включення варикапа і кварцового резонатора призводить до підвищення частоти послідовного резонансу і відповідного зменшення різниці частот паралельного і послідовного резонансу кварцового резонатора. При паралельному включенні варикапа і кварцового резонатора частота паралельного резонансу знижується, а різниця частот паралельного і послідовного резонансу кварцового резонатора також зменшується.

Спрощена принципова схема одного з варіантів модулятора на варикапа (без ланцюгів формування напруги зсуву варикапа) для генератора з кварцовою стабілізацією частоти, виконаного за схемою Пірса, наведена на рис. 4.14.


Мал. 4.14. Спрощена принципова схема модулятора на варикапа для генератора за схемою Пірса


Принцип дії генератора з кварцовою стабілізацією частоти, виконаного за схемою Пірса, тобто за схемою ємнісний трехточкі з включенням кварцового резонатора між базою і колектором транзистора активного елементу, був детально розглянутий раніше. Нагадаємо, що в даній схемі використовується індуктивна складова комплексного опору кварцового резонатора BQ1, який працює в режимі, близькому до режиму паралельного резонансу. При цьому резонансну частоту в незначних межах можна регулювати зміною ємності елемента, який включений послідовно з кварцовим резонатором BQ1. Особливістю даного схемотехнічного рішення є включення варикапа VD1 послідовно з кварцовим резонатором BQ1 в ланцюг ОС між колектором і базою транзистора VT1. При зміні ємності варикапа за законом модулюючого сигналу забезпечується частотна модуляція сигналу ВЧ-генератора.

Спрощена принципова схема одного з варіантів модулятора на варикапа (без ланцюгів формування напруги зсуву варикапа) для генератора з кварцовою стабілізацією частоти, виконаного за схемою Колпітца, наведена на рис. 4.15.


Мал. 4.15. Спрощена принципова схема модулятора на варикапа для генератора за схемою Колпітца


Принцип дії генератора з кварцовою стабілізацією частоти, виконаного за схемою Колпітца, був детально розглянутий раніше. В даному випадку мова йде про Триточковим кварцовому генераторі, в якому транзистор активного елементу по змінному струмі включений за схемою із загальним колектором. При цьому кварцовий резонатор BQ1, що має індуктивний характер реактивного опору, утворює індуктивну гілка паралельного резонансного контуру. Ємнісна гілка цього контуру складається з двох включених послідовно конденсаторів С1 і С2, в точку з'єднання яких подається сигнал з виходу активного елементу (емітер транзистора VT1). В результаті конденсатори С1 і С2 утворюють ємнісний дільник в ланцюзі позитивного зворотного зв'язку.

Резонансну частоту контуру, і, відповідно, частоту генеруючих коливань, в незначних межах можна регулювати зміною ємності елемента, який включений послідовно з кварцовим резонатором BQ1 в ланцюг ОС між базою транзистора VT1 і шиною корпусу. Особливістю даної схеми є те, що в якості такого елемента із змінною ємністю використовується варікап VD1. В результаті при зміні ємності варикапа за законом модулюючого сигналу забезпечується частотна модуляція сигналу ВЧ-генератора.

При розробці мініатюрних транзисторних радіопередавальних пристроїв використовуються і інші, часто досить цікаві та оригінальні схемотехнічні рішення модуляторів. Однак обмежений обсяг пропонованого видання, на жаль, не дозволяє їх розглянути. Необхідну додаткову інформацію зацікавлені читачі можуть знайти в спеціалізованій літературі і в мережі Інтернет.

5. Прості транзисторні радиопередающие пристрої

Ознайомившись з основами схемотехніки мініатюрних транзисторних радіопередавальних пристроїв, зацікавлені читачі, цілком ймовірно, захочуть перевірити і закріпити отримані знання на практиці. Тому в розділах даної глави розглядаються принципові схеми простих радіопередавальних пристроїв, виконаних на одному або двох транзисторах. Такі радіопередавачі можуть використовуватися в складі систем зв'язку в будинку або квартирі, наприклад, для прослуховування дитячої кімнати. Крім цього мініатюрні радиопередающие пристрої часто застосовуються в складі системи сигналізації для отримання звукового сигналу з приміщення, що охороняється, а також використовуються в будинках і на дачних ділянках в якості бездротового дзвінка або интеркома. Радіомікрофони, що відрізняються від простих мікропередавач більш якісної передачею звукового сигналу, застосовуються, наприклад, при озвучуванні презентацій, дискотек та інших масових заходів.

Увага! Використання будь-який з описаних в цьому розділі конструкцій в якості спеціального технічного засобу для негласного отримання інформації або несанкціонованого прослуховування, а також її виробництво, збут і / або придбання (в тому числі і з метою збуту), ввезення та вивезення для здійснення зазначених діянь переслідується в відповідно до чинним адміністративним і кримінальним законодавством Російської Федерації.

5.1. Радіопередавачі на одному транзисторі

Більшість схемотехнік найпростіших мініатюрних радіопередавальних пристроїв передбачає використання однокаскадних конструкцій, основу яких складає високочастотний транзисторний генератор. Найпростіше радиопередающее пристрій з частотною модуляцією може бути зібрано всього лише на одному біполярному або польовому транзисторі і декількох пасивних елементах. Звичайно ж, такі конструкції не відрізняються високими якісними характеристиками, однак навички, отримані при їх складанні та налагодженні, можуть послужити початківцям радіоаматорам, які вирішили освоювати секрети радіоелектроніки, хорошою базою для проведення більш складних експериментів з високочастотної технікою.

Радіопередавачі на біполярному транзисторі

Основу більшості найпростіших транзисторних радіопередавальних пристроїв становить високочастотний генератор, активний елемент якого виконаний на біполярному транзисторі. Перетворення акустичного сигналу в низькочастотний електричний сигнал здійснюється, як правило, електретний мікрофоном. Сформований на виході мікрофона НЧ-сигнал без будь-якої додаткової обробки використовується в якості модулюючого сигналу і подається безпосередньо на ВЧ-генератор. Модуляція сигналу, який формується генератором, забезпечується за рахунок зміни режиму роботи або параметрів транзистора активного елементу. Сформований на виході ВЧ-генератора модульований сигнал надходить в антену.

Принципова схема найпростішого радіосигнали пристрої, сигнал якого можна приймати на будь-який має FM-діапазон мовний радіоприймач, розташований на відстані декількох десятків метрів, наведена на рис. 5.1.


Мал. 5.1. Принципова схема простого радіопередавача на біполярному транзисторі (варіант 1)


Вхідний акустичний сигнал перетворюється електретний мікрофоном BM1, з виходу якого НЧ-сигнал подається безпосередньо на базу біполярного транзистора VT1, що має npn-провідність. На цьому транзисторі зібраний звичайний LC-генератор з ємнісний зв'язком, яка формує ВЧ-коливання на частоті в межах від 106 МГц до 107 МГц. По постійному струму транзистор VТ1 включений за схемою з загальним емітером. Положення робочої точки цього транзистора визначається величинами і співвідношенням опорів резисторів R1, R2 і вибирається з урахуванням частоти, на якій передбачається експлуатувати розглянуту конструкцію. До складу мостової схеми стабілізації становища робочої точки крім резисторів R1 і R2 входить резистор R3, включений в ланцюзі емітера транзистора VT1.

За змінним струмом транзистор VТ1 включений за схемою із загальною базою. При цьому база транзистора заземлена по високій частоті через конденсатор С1. Вхідним електродом активного елементу по високій частоті в даному випадку є емітер транзистора VT1, а вихідним електродом - його колектор. Ланцюг позитивного зворотного зв'язку утворена конденсатором С2, який включений між колектором і емітером транзистора VТ1. При достатній глибині зворотного зв'язку каскад переходить в режим генерації високочастотних коливань, модуляція яких здійснюється зміною положення робочої точки транзистора VT1 по закону модулюючого сигналу.

Котушка L1 намотується на каркасі діаметром 5 мм і містить 5 витків мідного посрібленого або просто лудженого дроту діаметром 0,8 мм. Довжина котушки повинна складати близько 8 мм. Висновок антени припаивается між першим і другим витками, рахуючи від верхнього за схемою краю котушки.

Транзистор типу BC337 зарубіжного виробництва можна замінити, наприклад, вітчизняним транзистором типу КТ660А. Величина опору резистора R1 вибирається залежно від типу застосованого електретного мікрофона і повинна бути такою, щоб напруга живлення, що подається на мікрофон, відповідало його паспортним даним.

Харчування даного радіосигнали пристрою здійснюється від звичайної батарейки типу «Крона» або від акумулятора напругою 9 В. При цьому споживаний струм не повинен перевищувати 12 мА. Паралельно контактам джерела живлення включений керамічний конденсатор С3, шунтирующий його по високій частоті і забезпечує в певній мірі нейтралізацію як внутрішніх, так і зовнішніх факторів, що впливають на стабільну роботу радіопередавача.

При налагодженні радіопередавача робоча частота ВЧ-генератора повинна бути обрана в верхній частині FM-діапазону. Її точне значення встановлюється зміною кількості витків котушки L1 і / або зміною відстані між її витками. При бажанні в каркасі котушки можна встановити сердечник. В цьому випадку точне значення робочої частоти ВЧ-генератора вибирається за рахунок зміни положення цього сердечника по відношенню до витків котушки L1. Використання сердечника з феромагнітного матеріалу призводить до зменшення значення робочої частоти. Якщо ж застосувати сердечник з міді або алюмінію, то робоча частота збільшиться. В якості антени рекомендується використовувати відрізок мідного дроту діаметром 1 мм і довжиною приблизно 30 см.

Принципова схема ще одного варіанту радіосигнали пристрої, виконаного на біполярному транзисторі, наведена на рис. 5.2.


Мал. 5.2. Принципова схема простого радіопередавача на біполярному транзисторі (варіант 2)


У розглянутій конструкції акустичний сигнал перетворюється електретний мікрофоном BM1, з виходу якого електричні ський НЧ-сигнал через розділовий конденсатор С1 подається на базу біполярного транзистора VT1. На цьому npn транзисторі зібраний LC-генератор з ємнісним дільником, що формує ВЧ-коливання на частоті в межах від 104 МГц до 108 МГц. По постійному струму транзистор VТ1 включений за схемою з загальним емітером. Положення робочої точки транзистора визначається величиною опору резистора R2.

За змінним струмом транзистор VТ1 включений за схемою із загальною базою, оскільки по високій частоті його база заземлена через конденсатор С2. Високочастотні коливання виникають в резонансному контурі, включеному по змінному струмі між колектором і базою транзистора VТ1. Знімається з ємнісного дільника напруга подається у вхідну ланцюг активного елементу, а саме на емітер транзистора VТ1, в результаті чого каскад виявляється охопленим позитивним зворотним зв'язком.

Модулирующий НЧ-сигнал надходить на базу транзистора VT1 через розділовий конденсатор С1. Відповідно до миттєвим значенням цього сигналу змінюється величина напруги зсуву, що подається на базу транзистора VT1, тобто змінюється положення робочої точки транзистора. В результаті НЧ-сигнал, що формується на колекторі транзистора VT1, ініціює зміну падіння напруги на резонансному контурі, при цьому відбувається зміна амплітуди і частоти сигналу ВЧ-генератора за законом модулюючого сигналу. Таким чином, на колекторі транзистора VT1 формується модульований сигнал.

Котушка L1 намотується на каркасі діаметром 5 мм і містить 4-5 витків мідного посрібленого або просто лудженого дроту діаметром 0,5 мм. В якості антени рекомендується використовувати відрізок мідного дроту діаметром 1 мм і довжиною 80 см. Для прийому сигналів, які формуються на виході радіопередавача, можна використовувати будь-який мовний радіоприймач, який має FM-діапазон.

Як і в розглянутої раніше конструкції, транзистор типу BC337 зарубіжного виробництва можна замінити, наприклад, вітчизняним транзистором типу КТ660А. Величина опору резистора R1 вибирається залежно від типу застосованого електретного мікрофона і повинна бути такою, щоб напруга живлення, що подається на мікрофон, відповідало його паспортним даним.

Харчування даного радіосигнали пристрою здійснюється від двох пальчикових батарейок типу ААА або від акумулятора напругою 3 В. При цьому споживаний струм не повинен перевищувати 2 мА.

У процесі налагодження точне значення робочої частоти ВЧ-генератора встановлюється зміною кількості витків котушки L1 і / або зміною відстані між її витками. Зменшення відстані між витками котушки призводить до зменшення значення робочої частоти генератора, а зі збільшенням відстані між витками робоча частота ВЧ-генератора збільшується.

На рис. 5.3 приведена принципова схема ще одного простого радіосигнали пристрою на біполярному транзисторі. Особливістю даної конструкції є схемотехнічне рішення високочастотного генератора, який виконаний за схемою ємнісний трехточкі.


Мал. 5.3 Принципова схема простого радіопередавача на біполярному транзисторі (варіант 3)


Як і в розглянутих раніше конструкціях, вхідний акустичний сигнал перетворюється в електричний НЧ-сигнал електретний мікрофоном BM1. Низькочастотний сигнал надходить на базу транзистора VT1 через конденсатор С1, який забезпечує розв'язку ланцюга харчування електретного мікрофона BM1 і ланцюги формування напруги зсуву транзистора VT1 по постійному струму.

Транзистор VТ1 по постійному струму включений за схемою з загальним емітером. При цьому положення робочої точки транзистора визначається величиною опору резистора R2. За змінним струмом транзистор VТ1 включений за схемою із загальною базою, оскільки по високій частоті його база заземлена через конденсатор С2. Резонансний контур, утворений конденсаторами С3, С4, С6 і котушкою L1, включений на виході активного елементу, тобто в колекторної ланцюга транзистора VТ1. Знімається з ємнісного дільника напруга подається у вхідну ланцюг активного елементу, тобто на емітер транзистора VТ1. Величина зазначеного напруги, і, відповідно, глибина зворотного зв'язку, визначається співвідношенням величин ємностей конденсаторів С4 і С6.

Миттєве значення модулюючого сигналу, формованого мікрофоном ВM1, змінює величину напруги зсуву, що подається на базу транзистора VT1, тобто впливає на положення робочої точки транзистора. НЧ-сигнал, що формується на колекторі транзистора VT1, ініціює зміну падіння напруги на резонансному контурі, що приводить до відповідної зміни частоти сигналу ВЧ-генератора. Модульований сигнал формується на колекторі транзистора VT1 і через конденсатор С5 подається на антену,

Котушка L1 намотується на каркасі діаметром 5-6 мм і містить 3-6 витків мідного посрібленого або просто лудженого дроту діаметром 0,5 мм. В якості антени використовується відрізок дроту діаметром 1 мм і довжиною близько 25 см.

Замість транзистора типу BF199 можна використовувати транзистори типу BF314 або типу BF240, а також вітчизняні транзистори типу КТ339А або КТ312В. При заміні транзистора слід вибрати оптимальний режим його роботи підбором величин опорів резисторів R2 і R3, що дозволяє домогтися максимальної вихідної потужності пристрою, яка може досягати 20 мВт.

Харчування даного радіосигнали пристрою здійснюється від двох пальчикових батарейок типу ААА або від акумулятора напругою 3 В. Можна використовувати, наприклад, літієвий акумулятор типу CR2032 або «комп'ютерний» акумулятор 3,6 В / 60 мАг. При необхідності напруга живлення може бути зменшена до 1,5 В або збільшено до 4,5 В і навіть до 12 В. При зміні напруги живлення необхідно підібрати величину опору резистора R1 так, щоб напруга, що подається на електретний мікрофон, відповідало його номінальній напрузі живлення . Наприклад, в авторській конструкції при напрузі живлення 1,5 В величина опору резистора R1 становила 3 ​​кОм, при напрузі 6 В - 9,1 кОм, а при напрузі 12 В опір резистора R1 становило 11 кОм. При цьому дальність дії даного радіопередавача при напрузі живлення 1,5 В від джерела типу L736 досягала майже 30 м, а при напрузі живлення 6 В - близько 100 м.

У даній схемі колектор транзистора VT1 підключений безпосередньо до нижнього за схемою висновку котушки L1. У цьому випадку глибина позитивного зворотного зв'язку визначається лише співвідношенням величин ємностей конденсаторів С4 і С6. Тому настройка резонансного контуру при регулюванні частоти генерованих коливань здійснюється переважно зміною індуктивності котушки L1 і ємності конденсатора С3, оскільки зміна ємностей конденсаторів С4 і С6 призведе до зміни параметрів ланцюга позитивного зворотного зв'язку. Крім цього зміна індуктивності котушки при збільшенні частоти коливань підвищує добротність резонансного контуру.

При налагодженні точне значення робочої частоти ВЧ-генератора встановлюється зміною відстані між її витками. Зменшення відстані між витками котушки призводить до зменшення значення робочої частоти генератора, а зі збільшенням відстані між витками робоча частота ВЧ-генератора збільшується.

Радіопередавачі на польовому транзисторі

Прості радиопередающие пристрої можуть бути виконані не тільки на біполярному, але і на польовому транзисторі. У радіоаматорського практиці широкого поширення набули, наприклад, схемотехнічні рішення передавачів, основу яких складає високочастотний LC-генератор за схемою Хартлі. При цьому модуляція ВЧ-сигналу забезпечується за допомогою варикапа. Принципова схема одного з варіантів такого радіопередавача приведена на рис. 5.4.


Мал. 5.4 Принципова схема простого радіопередавача на польовому транзисторі з модулятором на варикапа (варіант 1)


Низькочастотний сигнал в даній конструкції формується електретний мікрофоном BM1 і через резистор R2 в якості модулюючого сигналу подається на Варикап VD1. Необхідність використання резистора R2 пояснюється відмінностями між величинами напруги харчування мікрофона і напруги зсуву варикапа. Конденсатор С1 великої місткості забезпечує розв'язку варикапа VD1 і затвора транзистора VT1 по постійному струму.

Активний елемент LC-генератора виконаний на польовому транзисторі VT1, який за змінним струмом включений по схемі истокового повторювача, тобто із загальним стоком. Електрод стоку транзистора замкнутий на шину корпусу через конденсатор С3. Резонансний контур підключений в ланцюг затвора польового транзистора VT1 і утворений включеними паралельно підлаштування конденсатором С2 і котушкою індуктивності L1. Виниклі в резонансному контурі коливання подаються на затвор транзистора VT1. Знімається з електрода витоку транзистора VT1 напруга надходить в резонансний контур, а саме на висновок котушки L1, яка по відношенню до витоку транзистора включена за схемою підвищувального автотрансформатора. Частота генерується сигналу може змінюватися за допомогою підлаштування конденсатора С2.

При надходженні на варікап модулюючого НЧ-сигналу відбувається відповідна зміна його ємності. Оскільки варікап VD1 включений паралельно резонансного контуру, утвореного конденсатором С2 і котушкою L1, то згідно із законом модулюючого сигналу змінюється і частота формованого ВЧ-генератором сигналу. Модульований сигнал, що формується на виході генератора, знімається з електрода витоку польового транзистора VT1. Для прийому сигналів даного радіопередавача можна використовувати будь-який мовний радіоприймач, який має FM-діапазон.

Котушка L1 намотується на каркасі з феритовим сердечником діаметром 4 мм і містить 5 витків мідного посрібленого дроту діаметром 1 мм з висновком від середини. У зарубіжних джерелах зустрічаються варіанти розглянутої конструкції, в яких котушка L1 виконана на друкованій платі.

Харчування даного радіосигнали пристрою здійснюється від звичайної батарейки типу «Крона» або від акумулятора напругою 9 В. Напруга живлення електретного мікрофона знімається з резистора R1. Ланцюжок, утворена резисторами R1 і R2, забезпечує формування напруги зсуву варикапа VD1.

Налагодження даної конструкції рекомендується почати з підбору опору резистора R1. При використанні в якості джерела НЧ-сигналу електретних мікрофонів різних типів величина опору цього резистора вибирається такий, щоб напруга живлення, що подається на мікрофон, відповідало його паспортним даним. Після цього підбирається величина опору резистора R2 таким чином, щоб падіння напруги на варикапа VD1 дорівнювало заданої напруги зсуву, що забезпечує роботу в так званому режимі мовчання.

Груба настройка робочої частоти ВЧ-генератора здійснюється зміною відстані між витками котушки L1. Точна настройка забезпечується за допомогою підлаштування конденсатора С2, а також переміщенням сердечника котушки L1.

Принципова схема ще одного варіанту простого радіопередавача на польовому транзисторі з модулятором на варикапа приведена на рис. 5.5.


Мал. 5.5. Принципова схема простого радіопередавача на польовому транзисторі з модулятором на варикапа (варіант 2)


Відмінними рисами цієї конструкції від розглянутої раніше є підвищена напруга джерела живлення (12 В) і застосування електретного мікрофона типу Me061 з трьома висновками. Вихідна потужність пристрою може досягати 20 мВт, а дальність дії зазвичай не перевищує 20-50 м.

При використанні електретних мікрофонів інших типів в ланцюг подачі напруги живлення мікрофона слід включити додатковий резистор.Величина опору цього резистора вибирається такий, щоб напруга живлення, що подається на мікрофон, відповідало його паспортним даним. Після цього необхідно підібрати величину опору резистора R1 таким чином, щоб падіння напруги на варикапа VD1 було дорівнює напрузі зсуву, що забезпечує роботу в так званому режимі мовчання.

Робоча частота розглянутого передавача при ємності конденсатора С2, що дорівнює приблизно 15 пФ, знаходиться в межах від 65 МГц до 75 МГц. В цьому випадку для прийому сигналів даного радіопередавача можна використовувати будь-який мовний радіоприймач, який має ЧС-діапазон. Якщо ж цю конструкцію передбачається використовувати в діапазоні частот від 80 МГц до 108 МГц (FM-діапазон), то ємність конденсатора С2 слід зменшити до 4,7 пФ.

В якості джерела живлення даного радіосигнали пристрою може використовуватися, наприклад, алкалиновая батарейка типу L1028 / 12В.

5.2. прості радіомікрофони

Параметри простих транзисторних радіопередавачів можна значно поліпшити, ввівши до їх складу додаткові каскади. Такими каскадами можуть бути, наприклад, підсилювачі НЧ і / або ВЧ-сигналів. Розглянуті нижче конструкції радіопередавальних пристроїв відрізняються від Мікропотужні передавачів, описаних в попередньому розділі, в першу чергу застосуванням мікрофонних підсилювачів, що дозволяє підвищити якісні характеристики переданих сигналів.

Радіомікрофони на двох біполярних транзисторах

Принципова схема простого радіомікрофона, виконаного на двох біполярних транзисторах, наведена на рис. 5.6. У розглянутій конструкції, що представляє собою двохкаскадний радиопередающее пристрій, на транзисторі VT1 виконаний мікрофонний підсилювач, а на транзисторі VT2 - генератор високочастотних коливань.


Мал.5.6. Принципова схема простого радіомікрофона на двох біполярних транзисторах (варіант 1)


Низькочастотний сигнал, сформований на виході електретного мікрофона BM1, через розділовий конденсатор С1 надходить на вхід однокаскадного мікрофонного підсилювача, виконаного на транзисторі VT1. Особливістю даного підсилювального каскаду є використання дільника напруги, утвореного резисторами R2 і R3, для формування напруги зсуву, що подається на базу транзистора VT1, включеного за схемою з загальним емітером. З колекторної навантаження транзистора, утвореної резистором R4, посилений НЧ-сигнал через розділовий конденсатор С2 проходить на базу транзистора VT2, на якому виконаний генератор високочастотних коливань.

Транзистор VТ2 по постійному струму включений по схемі із загальним емітером, а по змінному струмі - за схемою із загальною базою, яка по високій частоті підключена до шини корпусу через конденсатор С3. Положення робочої точки транзистора VТ2 визначається величиною опору резистора R5. Резонансний контур утворений конденсатором С4 і котушкою L1 і включений в ланцюг колектора транзистора. Значення робочої частоти генератора знаходиться в діапазоні від 100 МГц до 108 МГц і залежить від параметрів котушки індуктивності L1 і величини ємності конденсатора С4. Ланцюг позитивного зворотного зв'язку утворена конденсатором С5, який включений між колектором і емітером транзистора VТ2. Модульований сигнал знімається з точки підключення конденсатора С5 ланцюга ОС до емітера транзистора. Антена WА1 підключається до емітера транзистора VT2, тому її комплексне опір із мінімальним впливом на частоту ВЧ-генератора. В якості антени можна використовувати відрізок мідного дроту діаметром 1 мм або ж телескопічну антену довжиною 30 см.

Харчування розглянутого радіопередавача здійснюється від джерела постійної напруги 3 В, наприклад, від двох включених послідовно пальчикових батарейок типу АА або ААА. В якості елемента живлення можна використовувати і акумулятори. Напруга живлення на електретний мікрофон BМ1 подається через резистор R1.

До деталей, використовуваних при виготовленні даної конструкції, не пред'являються будь-які особливі вимоги. Все залежить від габаритів конструкції, які визначають і розміри застосовуваних елементів. Транзистор типу KC239F можна замінити, наприклад, імпортним транзистором типу ВС239В або транзистором типу КТ3102Д вітчизняного виробництва. Високочастотний транзистор типу KF124 можна замінити транзистором типу BF240. Номінали резисторів R1 і R4 можуть бути зменшені до 6,8 кОм.

Котушка L2 намотується на каркасі без сердечника діаметром 4,5 мм і містить 5 витків мідного посрібленого або просто лудженого дроту діаметром 0,7 мм.

Прийом сигналу, формованого розглянутим радіопередавачем, здійснюється на будь-який стаціонарний або переносний радіоприймач, який може приймати частотно-модульовані сигнали на частотах в діапазоні від 100 МГц до 108 МГц. Для даної мети рекомендується використовувати звичайний мовний радіоприймач з FM-діапазоном. Дальність дії радіопередавача складає приблизно 25 м.

При налагодженні розглянутої конструкції можуть виникнути деякі труднощі. Наприклад, правильний вибір робочої точки транзистора VТ1 мікрофонного підсилювача вимагає установки напруги на базі цього транзистора в досить вузьких межах від 2,9 В до 3,2 В. При меншій напрузі транзистор VT1 повністю закривається, а при більшому - повністю відкривається.

Проблеми можуть виникнути і при налаштуванні високочастотного генератора, виконаного на транзисторі VT2. У деяких випадках, незважаючи на те, що генератор працює цілком стійко, якість модуляції залишає бажати кращого. Справа в тому, що у ВЧ-генераторів, виконаних за такою схемою, при певному положенні робочої точки транзистора частота генератора практично не залежить від малих змін колекторного струму, ініційованих модулирующим напругою, що надходять на базу транзистора. Іншими словами, положення робочої точки транзистора, при якому забезпечується оптимальний з точки зору стабільності частоти режим його роботи, є найбільш несприятливим з точки зору забезпечення якісної модуляції сигналу. Тому при налагодженні радіомікрофонів з ВЧ-генератором даного типу режим роботи слід особливу увагу приділити правильному вибору положення робочої точки транзистора. Необхідно відзначити, що для кожного типу транзистора вказане несприятливе становище робочої точки буде іншим.

Для того щоб спростити процес налаштування пропонованої конструкції, в її схему рекомендується внести незначні зміни. Принципова схема вдосконаленого варіанту простого радіомікрофона на двох біполярних транзисторах приведена на рис. 5.7.


Мал.5.7. Принципова схема вдосконаленого варіанту простого радіомікрофона на двох біполярних транзисторах


Одна з особливостей удосконаленої схеми полягає в тому, що для формування напруги зсуву транзистора VT1 і стабілізації становища його робочої точки використовується ланцюг негативного зворотного зв'язку по напрузі. Цей ланцюг ОС утворена резистором R2, який включений між колектором і базою транзистора VT1. Принцип дії ланцюга ООС по напрузі було розглянуто у відповідному розділі однієї з попередніх глав.

Друге удосконалення полягає в використанні підлаштування потенціометра R4, за допомогою якого забезпечується можливість вибору положення робочої точки транзистора VT2 активного елементу ВЧ-генератора. У процесі налагодження радіомікрофона переміщенням движка цього потенціометра слід домогтися найбільш якісною модуляції високочастотного сигналу.

Принципова схема ще одного варіанту простого радіомікрофона, виконаного на двох біполярних транзисторах npn провідності, наведена на рис. 5.8.


Мал.5.8. Принципова схема радіомікрофона на двох біполярних транзисторах (варіант 2)


Вхідний акустичний сигнал перетворюється електретний мікрофоном BM1, з виходу якого НЧ-сигнал через розділовий конденсатор С1 подається на базу транзистора VT1, на якому виконаний мікрофонний підсилювач. Для отримання максимальної амплітуди неспотвореного посиленого сигналу на виході мікрофонного підсилювача необхідно, щоб напруга на колекторі транзистора VT1 становило приблизно половину від величини напруги живлення каскаду. Для стабілізації становища робочої точки транзистора VT1 в даному випадку використовується схемотехнічне рішення, яке передбачає застосування ланцюга негативного зворотного зв'язку по напрузі. Резистор R3, який утворює ланцюг ООС, підключений між колектором і базою транзистора VT1. Принцип дії такої схеми стабілізації був детально розглянутий у відповідному розділі однієї з попередніх глав.

Посилений низькочастотний сигнал знімається з колекторної навантаження транзистора VT1 (резистор R4) і через конденсатор С4 і резистор R6 подається на базу транзистора VT2. Величина опору резистора R6 вибирається залежно від характеристик застосованого мікрофона, оскільки з часом чутливість електретних мікрофонів погіршується.

На транзисторі VT2 виконаний ВЧ-генератор, який представляє собою один з варіантів LC-генератора з ємнісним зв'язком. Транзистор VТ2 по постійному струму включений за схемою з загальним емітером. Положення робочої точки транзистора визначається величинами і співвідношенням опорів резисторів R7 і R8. До складу мостової схеми стабілізації становища робочої точки також входить резистор R9. За змінним струмом транзистор VТ2 включений за схемою із загальною базою, так як база транзистора заземлена по високій частоті через конденсатори С5 і С6. Резонансний контур, утворений конденсаторами С7, С8 і котушкою L1, включений в ланцюг колектора транзистора VТ2. Ланцюг позитивного зворотного зв'язку утворена конденсатором С9, який включений між колектором і емітером транзистора VТ2. При зазначених на схемі номіналах елементів на виході LC-генератора формуються високочастотні коливання з частотою близько 100 МГц. Таким чином, для прийому сигналів даного радіопередавача можна використовувати будь-який мовний радіоприймач, який має FM-діапазон.

Модулирующий низькочастотний сигнал надходить з виходу мікрофонного підсилювача на базу транзистора VT2, що призводить до зміни положення його робочої точки за законом модулюючого сигналу. В результаті аналогічним чином змінюється робоча частота ВЧ-генератора, тобто на його виході формується частотно-модульований сигнал. Цей сигнал через котушку зв'язку L2 подається на антену.

Харчування даного радіосигнали пристрою здійснюється від двох включених послідовно батарейок типу ААА або від акумуляторів напругою 3 В, наприклад, типу CR2032 (Ш20ґ3,2 мм) або типу CR2330 (Ш23ґ3,0 мм). Споживаний струм не перевищує 5 мА. Напруга харчування електретного мікрофона формується ланцюжком, утвореної резисторами R1, R2 і конденсатором С2. Паралельно джерела живлення підключені конденсатори С11 і С12, що забезпечують шунтування джерела по високій частоті.

Котушка L1 намотується на каркасі без сердечника діаметром 5 мм і містить 7 витків мідного посрібленого дроту діаметром 1 мм. Безпосередньо на котушку L1 намотується котушка L2, що містить 3 витка ізольованого проводу. До нижнього за схемою висновку котушки L2 підключається антена, що представляє собою відрізок дроту довжиною близько 60 см.

Транзистор типу KC239C можна замінити, наприклад, імпортним транзистором типу ВС239В або транзистором типу КТ3102Д вітчизняного виробництва. Високочастотний транзистор типу KF525 виконаний в металевому корпусі з висновком, який необхідно припаяти до шини корпусу. Замість транзистора типу KF525 можна використовувати транзистори типу KF524, BF199, BF224, SF240, SF245, KSY71 або KSY72.

При налагодженні груба настройка забезпечується зміною відстані між витками котушки L1. Зменшення відстані між витками цієї котушки призводить до зменшення значення робочої частоти генератора, а зі збільшенням відстані між витками робоча частота ВЧ-генератора збільшується. Точна настройка значення частоти ВЧ-генератора здійснюється за допомогою конденсатора С7.

При необхідності в каркасі котушки L1 можна встановити сердечник. В цьому випадку точне значення робочої частоти ВЧ-генератора вибирається за рахунок зміни положення цього сердечника по відношенню до витків котушки L1. Використання сердечника з феромагнітного матеріалу призводить до зменшення значення робочої частоти. Якщо ж застосувати сердечник з міді або алюмінію, то робоча частота збільшиться. У процесі налагодження не слід забувати про те, що при переміщенні сердечника котушки L1 змінюється ступінь зв'язку між цією котушкою і котушкою L2.

Радіомікрофони з модулятором на варикапа

У простих радіомікрофони, виконаних на двох транзисторах, широко використовуються схемотехнічні рішення, в яких згідно із законом модулюючого сигналу змінюється ємність варикапа, що входить до складу резонансного контуру. Принципова схема одного з варіантів такого радіомікрофона, виконаного на двох біполярних транзисторах різної провідності, наведена на рис. 5.9.


Мал.5.9. Принципова схема радіомікрофона на біполярних транзисторах різної провідності з модулятором на варикапа


У розглянутій конструкції перетворення акустичного сигналу в електричний НЧ-сигнал здійснюється електретний мікрофоном BM1, який по високій частоті шунтований конденсатором С1. Напруга живлення на мікрофон подається через резистор R1. Сформований на виході електретного мікрофона ВM1 низькочастотний сигнал через резистор R2 надходить на Варикап VD1 і ініціює зміну ємності варикапа за законом модулюючого сигналу. Напруга зсуву подається на Варикап через резистори R1 і R2. Необхідність використання резистора R2 пояснюється відмінностями між величинами напруги харчування мікрофона і напруги зсуву варикапа. Конденсатор С2 порівняно великої місткості забезпечує розв'язку варикапа VD1 і колектора транзистора VT1 по постійному струму.

Однією з особливостей пропонованого радіомікрофона є схемотехнічне рішення активного елементу ВЧ-генератора, виконаного за схемою ємнісний трехточкі на транзисторі VT1, що має pnp провідність. По змінному струмі цей транзистор включений за схемою із загальною базою, яка підключена до шини корпусу через конденсатор С3. Положення робочої точки транзистора VT1 визначається параметрами дільника напруги, до складу якого входять резистори R3 і R4. Ці ж резистори спільно з резистором R5 утворюють схему стабілізації становища робочої точки. Резонансний контур LC-генератора включений в ланцюг колектора транзистора VT1 і являє собою паралельний коливальний контур, який утворений котушкою індуктивності L1 і підлаштування конденсатором С6. Варикап VD1 підключений паралельно резонансного контуру.

Зміна напруги, що управляє на варикапа VD1, ініційованого модулюючим сигналом, призводить до відповідної зміни ємності варикапа, що призводить до зміни резонансної частоти контуру LC-генератора в невеликих межах. Модульований сигнал знімається з емітера транзистора VТ1 і подається на базу транзистора VT2, на якому виконаний буферний каскад. До емітера транзистора VT2 підключена антена радіомікрофона, в якості якої можна використовувати відрізок ізольованого проводу довжиною від 10 см до 30 см.

Котушка L1 намотується на каркасі без сердечника діаметром 5 мм і містить 4 витків мідного посрібленого дроту діаметром 1 мм. У деяких Радиоконструктор, заснованих на даній схемі, котушка L1 виготовлена ​​безпосередньо на друкованій платі. Методики розрахунку і виготовлення так званих плоских друкованих котушок неодноразово наводилися в спеціалізованій літературі, наприклад, у статті Ю. Янкина, опублікованій в № 11 журналу «РАДІО» в 1976 році, і тому в даній книзі не розглядаються.

Проте, необхідно відзначити, що в даній конструкції основний вплив на значення робочої частоти LC-генератора надають параметри котушки L1 і підлаштування конденсатора C6. Якщо значення резонансної частоти контуру позначити як F (МГц), індуктивність котушки L1 як L (мкГ), а ємність конденсатора С6 як С (пФ), то взаємозв'язок між цими величинами визначається наступною формулою:


F 2 ≈ 25300: (LC).


Використовуючи наведене співвідношення можна розрахувати, наприклад, значення індуктивності котушки L1 при використанні підлаштування конденсатора C6 ємністю 5 - 25 пФ для обраного діапазону робочих частот в межах від 66 МГц до 74 МГц. У цьому випадку сигнали радіомікрофона можна прослуховувати на звичайний УКХ-радіоприймач.

Дальність дії такого радіомікрофона залежить від величини напруги живлення і може складати від 10 м до 100 м. У свою чергу, напруга живлення може бути від 3 В до 15 В. При виборі величини напруги живлення слід відповідним чином відкоригувати і номінали окремих елементів.

Транзистор типу BF414 можна замінити, наприклад, транзистором типу BF440 або BF441. Замість транзистора типу BF240 можна використовувати імпортний транзистор типу BF241, а також вітчизняний транзистор типу КТ312В.

Налагодження даної конструкції слід почати з підбору опору резистора R1. При використанні в якості джерела НЧ-сигналу електретних мікрофонів різних типів величина опору цього резистора вибирається такий, щоб напруга живлення, що подається на мікрофон, відповідало його паспортним даним. Після цього підбирається величина опору резистора R2 таким чином, щоб падіння напруги на варикапа VD1 дорівнювало заданої напруги зсуву, що забезпечує роботу в так званому режимі мовчання.

Груба настройка робочої частоти ВЧ-генератора здійснюється зміною відстані між витками котушки L1, а точна настройка забезпечується за допомогою підлаштування конденсатора С6. При використанні в даній конструкції плоскою друкованої котушки для настройки частоти використовується конденсатор С6.

Необхідно відзначити, що однією з особливостей даної конструкції є можливість вибору номіналів більшості входять до її складу пасивних елементів в процесі налагодження в порівняно великому діапазоні. Наприклад, опір резистора R1 може бути від 6,8 кОм до 15 кОм, опір резистора R2 - від 22 кОм до 47 кОм, а опір резисторів R3 і R4 може становити від 9,1 кОм до 22 кОм. Значення опору резистора R5 слід вибирати в межах від 3,3 кОм до 4,7 кОм, а резистора R6 - в межах від 1,5 кОм до 3,3 кОм. Ємність конденсатора С1 може бути від 1000 пФ до 1500 пФ, ємність конденсатора С2 - від 1000 пФ до 0,01 мкФ, а ємність конденсаторів С3 і С7 може становити від 0,01 мкФ до 0,033 мкФ. Значення ємності конденсатора С4 слід вибирати в межах від 22 пФ до 33 пФ, а конденсатора С5 - від 6,8 пФ до 8,2 пФ.

Принципова схема ще одного варіанту радіомікрофона з модулятором на варикапа приведена на рис. 5.10. Його особливістю є використання біполярного і польового транзисторів.


Мал.5.10. Принципова схема радіомікрофонана на біполярному та польовому транзисторах з модулятором на варикапа


У даній конструкції для посилення сигналу, сформованого електретний мікрофоном, використовується однокаскадний мікрофонний підсилювач, виконаний на біполярному транзисторі VT1. Низькочастотний сигнал на базу транзистора подається через розділовий конденсатор С1. Максимальна амплітуда неспотвореного посиленого сигналу на виході мікрофонного підсилювача буде в тому випадку, коли напруга на колекторі транзистора VT1 становить приблизно половину від величини напруги живлення каскаду. Для стабілізації становища робочої точки транзистора VT1 в даному випадку використовується схемотехнічне рішення з ланцюгом негативного зворотного зв'язку по напрузі. Резистор R2, який утворює ланцюг ООС, підключений між колектором і базою транзистора VT1. Принцип дії такої схеми стабілізації був детально розглянутий у відповідному розділі однієї з попередніх глав.

Посилений НЧ-сигнал, що знімається з колекторної навантаження транзистора VT1 (резистор R3), через резистор R4 подається на Варикап VD1 і ініціює зміну ємності варикапа за законом модулюючого сигналу. Напруга зсуву подається на Варикап через резистори R3 і R4. Необхідність використання резистора R4 пояснюється відмінностями між величинами колекторного напруги транзистора VT1 мікрофонного підсилювача і напруги зсуву варикапа VD1.

Варикап VD1 підключений паралельно резонансного контуру, утвореного підлаштування конденсатором С3 і котушкою індуктивності L1. Цей контур входить до складу високочастотного LC-генератора, виконаного за схемою Хартлі на польовому транзисторі VT2, який за змінним струмом включений за схемою із загальним стоком. Конденсатор С2 порівняно великої місткості забезпечує розв'язку варикапа VD1 і затвора транзистора VT2 по постійному струму. Транзистор VT2 по змінному струмі включений по схемі истокового повторювача, тобто із загальним стоком. Електрод стоку цього транзистора замкнутий на шину корпусу через конденсатор С4. Принцип дії LC-генератора, виконаного на польовому транзисторі за схемою Хартлі, був детально розглянутий у відповідному розділі однієї з попередніх глав.

При надходженні на варікап модулюючого НЧ-сигналу відбувається зміна його ємності. Оскільки варікап VD1 включений паралельно резонансного контуру, утвореного конденсатором С3 і котушкою L1, то згідно із законом модулюючого сигналу змінюється і частота формованого ВЧ-генератором сигналу. Модульований сигнал, що формується на виході генератора, знімається з електрода витоку польового транзистора VT2. Для прийому сигналів даного радіомікрофона можна використовувати будь-який мовний радіоприймач, який має FM-діапазон.

Харчування даного радіосигнали пристрою здійснюється від звичайної батарейки типу «Крона» або від акумулятора напругою 9 В. Напруга живлення електретного мікрофона знімається з резистора R1, а величина напруги зсуву, що подається на Варикап VD1, визначається значеннями опорів резисторів R3 і R4.

Транзистор типу BС547 зарубіжного виробництва можна замінити, наприклад, вітчизняним транзистором типу КТ3102Б або Кт645а.

Котушка L1 намотується на каркасі з феритовим сердечником діаметром 4 мм і містить 5 витків мідного посрібленого дроту діаметром 1 мм з висновком від середини. У зарубіжних джерелах зустрічаються варіанти розглянутої конструкції, в яких котушка L1 виконана безпосередньо на друкованій платі.

Налагодження даної конструкції слід почати з підбору опору резистора R1. При використанні в якості джерела НЧ-сигналу електретних мікрофонів різних типів величина опору цього резистора вибирається такий, щоб напруга живлення, що подається на мікрофон, відповідало його паспортним даним. Потім підбирається величина опору резистора R3 таким чином, щоб напруга на колекторі транзистора VT1 становило приблизно половину від величини напруги живлення. Після цього підбором величини опору резистора R4 встановлюється номінальну напругу зміщення на варикапів VD1, що забезпечує роботу в так званому режимі мовчання.

Груба настройка робочої частоти ВЧ-генератора здійснюється зміною відстані між витками котушки L1, а також переміщенням її сердечника. Точна настройка забезпечується за допомогою підлаштування конденсатора С3.

висновок

Розглянуті в даній книзі схемотехнічні рішення, що застосовуються при розробці вузлів і каскадів мініатюрних радіопередавальних пристроїв, а також практичні конструкції, природно, не вичерпують усього їх різноманіття, оскільки технічний прогрес не стоїть на місці. Проте, наведена в цій книзі інформація для законослухняних радіоаматорів може послужити відправною точкою в подальших самостійних дослідженнях і експериментах в області конструювання систем зв'язку малого радіусу дії.


Зміст

  • Від автора
  • Передмова
  • Список скорочень і позначень
  • 1. Мікрофони
  • 1.1. Загальні відомості
  • Призначення, принцип дії і складові частини
  • Класифікація мікрофонів
  • Основні технічні характеристики
  • 1.2. Особливості застосування мікрофонів
  • Підключення та узгодження
  • Ланцюги формування напруги живлення
  • 2. Мікрофонні підсилювачі
  • 2.1. Призначення і основні характеристики мікрофонного підсилювача
  • 2.2. Підсилювальний каскад на транзисторі
  • Принцип дії
  • Стабілізація положення робочої точки транзистора
  • Мікрофонний підсилювач на польовому транзисторі
  • 2.3. Двокаскадні мікрофонні підсилювачі
  • Підсилювачі з безпосереднім зв'язком
  • Мікрофонні підсилювачі з согласующим каскадом
  • 3. Генератори сигналу високої частоти
  • 3.1. Загальні відомості
  • Призначення і принцип дії
  • Склад і класифікація
  • Основні характеристики
  • Забезпечення стабільності частоти ВЧ-генератора
  • 3.2. Генератори з резонансними LC-контурами
  • LC-генератори з індуктивної зв'язком
  • LC-генератори з ємнісний зв'язком
  • Трьохточкові LC-генератори
  • LC-генератори на польових транзисторах
  • 3.3. Генератори з кварцовою стабілізацією частоти
  • Кварцовий резонатор в ВЧЧгенераторе
  • Трьохточкові кварцові генератори
  • Генератори послідовного резонансу
  • 4. Модулятори високочастотного сигналу
  • 4.1. Загальні відомості
  • Основні поняття і визначення
  • види модуляції
  • Основні способи модуляції
  • 4.2. Модуляція за допомогою варикапа
  • Принцип дії і основні параметри варикапа
  • Основні схеми включення варикапа
  • 4.3. Модуляція сигналу LC-генераторів
  • Модуляція сигналу LC-генераторів з індуктивної і ємнісний зв'язком
  • Модуляція сигналу триточкових LC-генераторів
  • Варикапи в модуляторах LC-генераторів
  • 4.4. Модуляція сигналу ВЧ-генераторів з кварцовою стабілізацією частоти
  • амплітудна модуляція
  • частотна модуляція
  • 5. Прості транзисторні радиопередающие пристрої
  • 5.1. Радіопередавачі на одному транзисторі
  • Радіопередавачі на біполярному транзисторі
  • Радіопередавачі на польовому транзисторі
  • 5.2. прості радіомікрофони
  • Радіомікрофони на двох біполярних транзисторах
  • Радіомікрофони з модулятором на варикапа
  • висновок
  • Мировая и отечественная история любительской радиосвязи

    Радиоцензура

    Антенны

    Шпионские штучки

    Металлоискатели

    Как освоить радиоэлектронику с нуля

    Самоучитель по радиоэлектронике

    Ваш радиоприемник

    Усилители и радиоузлы

    Телеграф и телефон

    А. С. Попов и советская радиотехника

    Радиоэлектроника в нашей жизни

    Магнитные карты и ПК

    Цветное телевидение?.. Это почти просто!

    Видеокамеры и видеорегистраторы для дома и автомобиля

  • Обновлено 03.01.2017 08:01
     
    Для тебя
    Читай
    Товарищи
    Друзья